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• MAURICIO ANDRES TABORDA MONTA‹O

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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS COORDINACIÓN DE FÍSICA

UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO

CAIDA EXPONENCIAL

Autores :Stiwart Barrios , Lauren Fernandez , Yeimer Ramirez , Mauricio Taborda , Stefany Vera . Ingeniería química Laboratorio de Física mecánica Fecha de entrega: 00/00/2020 Resumen En esta experiencia se analizó un circuito Rc (Resistor y Capacitor) con el fin de determinar la foma en que el capacitor va variando su diferencia de potencial y los diversos fenómenos físicos que ocurren en estos circuitos entre los cuales tomaremos más en cuenta la carga y la descarga de un capacitor, obteniendo así el tiempo que gasta este mismo, de igual manera Determinar la constante de tiempo capacitiva τ (tiempo de relajación) del circuito.

Palabras Clave: Descarga, Resistor, Carga, Capacitor Abstract: In this experience an Rc circuit (Resistor and Capacitor) was analyzed in order to determine the way in which the capacitor varies its potential difference and the diverse physical phenomena that occur in these circuits among which we will take more into account the loading and unloading of a capacitor, thus obtaining the time that this same one spends, in the same way Determine the capacitive time constant τ (relaxation time) of the circuit.

Keywords: Discharge, Resistor, Charge, Capacitor

1. Introducción. Los resistores y capacitores son elementos fundamentales en la mayoría de los circuitos. Un circuito RC consiste en un resistor y un capacitor conectados en serie. El condensador puede almacenar energía y la resistencia colocada en serie controlara la velocidad a la que este se carga o descarga. Esto produce una dependencia del tiempo característica que resulta

ser exponencial. El parámetro que describe la dependencia del tiempo es la constante de tiempo RC. En este laboratorio mediremos la contante de tiempo de varios circuitos con diferentes valores de capacitancia y resistencia como también el t(1/2) de la carga de un capacitor. 2. Fundamentos teóricos.

Se le llama circuito RC a un circuito que contiene una combinación en serie de un resistor y un capacitor. Un capacitor es un elemento capaz de almacenar pequeñas

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cantidades de energía eléctrica para devolverla cuando sea necesario [1]. Los capacitores tienen muchas aplicaciones que utilizan su capacidad de almacenar carga y energía; por eso, es importante entender lo que sucede cuando se cargan o se descargan. Los circuitos RC tienen una característica particular que consiste en que la corriente puede variar con el tiempo [1]. Cuando el tiempo es igual a cero, el capacitor está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el capacitor comienza a cargarse debido a que circula una corriente en el circuito. Cuando el capacitor de carga completamente, la corriente en el circuito es igual a cero [1]. Capacitor: En electricidad y electrónica, un condensador, capacitor o capacitador es un dispositivo que almacena energía eléctrica, es un componente pasivo [2] . Está formado por un par de superficies conductoras en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra), generalmente en forma de tablas, esferas o láminas, separados por un material dieléctrico (siendo este utilizado en un condensador para disminuir el campo eléctrico, ya que actúa como aislante) o por el vacío, que, sometidos a una diferencia de potencial adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de las placas y negativa en la otra (siendo nula la carga total almacenada). El proceso de carga continúa hasta que el capacitor se carga a su máximo valor de equilibrio [2]. 𝑄 = 𝐶𝜀 (1)

Donde es el voltaje máximo a través del capacitor. Una vez que el capacitor está cargado completamente, la corriente en el circuito es cero. Descarga de un capacitor: Un condensador / capacitor en un circuito RC serie no se descarga inmediatamente cuando es desconectada de una fuente de alimentación de corriente directa Cuando el interruptor pasa de la posición A a la posición B, el voltaje en el condensador Vc empieza a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador) hasta tener 0 voltios de la manera que se ve en el gráfico inferior. La corriente tendrá un valor máximo inicial de Vo/R y la disminuirá hasta llegar a 0 amperios. La corriente que pasa por la resistencia y el condensador es la misma. Acordarse que el un circuito en serie la corriente es la misma por todos los elementos. −t

I =I 0 e τ V =V 0 e Q=Q 0 e

−t τ

−t τ

CONSTANTE DE TIEMPO Al producto RC se le llama constante de tiempo del circuito t  y equivale al tiempo que el condensador tardaría en descargarse de continuar en todo momento la intensidad inicial Io. También equivale al tiempo necesario para que el condensador adquiera una carga igual al 0,37 (1/e) de la carga inicial, o lo que es

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lo mismo que la intensidad decrezca hasta 0,37Io. Desarrollo experimental.

Para esta primera parte de la práctica se utilizó el simulador Tinkercad https://www.tinkercad.com/, en el cual se construyó el circuito RC como lo muestra la Figura 1, y se siguió las instrucciones que están dispuestas en la guía.

Tabla 1: voltaje y corriente en función del tiempo para el proceso de carga.

Figura1 Configuración experimental para el proceso de carga del capacitor

Se configuro la fuente a 4 V, el capacitor con una capacitancia de 1500μF y el resistor de 100khoms y ce cerro el interruptor para iniciar la simulación. Para poder registrar los datos en el momento adecuado se tomaban fotos cada 10 seg, los datos se registraron en la tabla 1.

En la segunda parte de la experiencia se realizó el proceso de descarga de del capacitor por lo tanto se tuvo el capacitor cargado en su máximo voltaje como lo indica la figura 2, más adelante se cambió el interruptor y se inició la simulación, cada dato registrado en la tabla 2 se tomó cada 10 seg.

Figura 2. Configuración experimental para el proceso de descarga del capacitor

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Los datos fueron reflejados en la tabla 2. t(s)

V(v)

I(A)

0

2,62

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

2,45 2,31 2,15 2,01 1,88 1,76 1,65 1,54 1,44 1,35 1,26 1,18 1,1 1,03 0,967 0,904

0,00001389 -0,0000245 -0,0000231 -0,0000215 -0,0000201 -0,0000188 -0,0000176 -0,0000165 -0,0000154 -0,0000144 -0,0000135 -0,0000126 -0,0000118 -0,000011 -0,0000103 0 0

Tabla 2: voltaje y corriente en función del tiempo para el proceso de descarga

Nota: los datos para construir la tabla se tomaron por medio de fotografías y se tomaron los mismos números de datos en el proceso de carga y descarga PREGUNTAS

1. Debe tener muchas precauciones al manipular este circuito después de haber cargado el condensador. ¿Por qué? 2. Teniendo en cuenta las dimensiones de R y C encuentre las dimensiones de la constante de tiempo τ =RC .

3. Encuentre el tiempo de vida media del capacitor e interprete su resultado. 4. Realice un gráfico de vC versus t para el proceso de carga y descarga 5. Linealice las curvas anteriores para encontrar la ecuación de las mismas 6. Realice un gráfico de I versus t para el proceso de carga y descarga 7. Compare los diferentes valores obtenidos (teórica y experimentalmente, a partir de las gráficas) para la constante de tiempo del circuito. 8. Obtenga las expresiones para el voltaje de carga, la carga y la corriente tanto para el proceso de carga y de descarga del circuito de la Figura 6.1. 9. Demuestre que el producto RC tiene dimensiones de tiempo. 10. Qué puede concluir de este experimento.

5. Referencias.

[1] Serway, R. F., & Jewett Jr, J. W. Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. Volumen 2. Séptima edición. Editorial McGraw-Hill. (2009). [2] Circuito RC, Ardilla Jhon and Sabalsa Yiseht, física electromagnética, ingeniería química, Universidad del Atlántico (2014).

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