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• DAVID RADA

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UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS Facultad de ciencias agropecuarias y recursos naturales Departamento de ciencias agrícolas

INFORME DE LABORATORIO FÍSICA II

PROCESO DE CARGA DE UN CONDENSADOR Integrantes A.D. Hennessey Medina, Andrés F.G.D, D.F. Rada Mora, F.J. Morales Espitia Facultad de Ciencias Agropecuarias y recursos naturales Programa Ingeniería Agroindustrial

Resumen Con la realización de esta experiencia se buscó observar y analizar cómo se produce la carga de un capacitor, cuanta es la máxima capacitancia que puede obtener un capacitor y ver como alteraba a su vez una resistencia la capacidad de carga, en este experimento se montó un circuito RC con una resistencia de 1M Ω y con un capacitor, se procedió a cargarlo para medir experimentalmente cuanto tiempo tardaba el capacitor en cargarse y observar el comportamiento de la carga con respecto al tiempo y contrastarlo con la teoría respectiva. Se concluye que el valor de la resistencia influye en la carga del condensador, a menor resistencia la corriente fluye más rápido por el circuito, por lo tanto el condensador se cargará con más velocidad. Palabras clave: Condensador, circuito RC, resistencia, corriente, Donde C = Capacitancia 1. Introducción El condensador o capacitor almacena energía en la forma de un campo eléctrico (es evidente cuando el capacitor funciona con corriente directa) y se llama capacitancia o capacidad a la cantidad de cargas eléctricas que es capaz de almacenar. La capacidad depende de las características físicas del condensador: • Si el área de las placas que están frente a frente es grande la capacidad aumenta. • Si la separación entre placas aumenta, disminuye la capacidad Young, H. D., & Freedman, R. A. (2009).

Q= Carga eléctrica almacenada V= Diferencia de potencial aplicada Tipos de condensadores 

Condensador en paralelo: son dos o más condensadores que están conectados en forma paralela, es decir, ambos de sus terminales están conectados a cada terminal del otro condensador o condensadores respectivamente.

La capacidad que tiene un capacitor es la cantidad de carga que puede almacenar en su interior para diferentes tensiones de aplicación. Se expresa mediante la siguiente ecuación: 𝑪 = 𝑸. 𝑽 [1]

Figura 1. Condensador En paralelo

Para calcular la capacitancia equivalente total en un circuito en paralelo se utiliza la siguiente ecuación:



𝑪𝒆 = 𝑪𝟏 + 𝑪𝟐 + +𝑪𝟑 + 𝑪𝟒 … 𝑪𝒏 [2] Donde Ce= Capacitancia equivalente del condensador

Electrolíticos de tántalo o de gota: Emplean como dieléctrico una finísima película de óxido de tantalio amorfo, que con un menor espesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y una capacidad superior a 1 µF. Su forma de gota les da muchas veces ese nombre.

C1+C2+C3+…Cn = Son cada una de las capacitancias En serie: Los condensadores en serie son dos o más condensadores que están conectados en una sola línea. El positivo de un condensador está conectado a la placa negativa del siguiente condensador. Young, H. D., & Freedman, R. A. (2009).



Figura 4. Condensador Electrolítico de tántalo 

datos impresos en forma de bandas de color, recibiendo comúnmente el nombre de condensadores "de bandera". Su capacidad suele ser como máximo de 470 nF.

Figura 2. Condensador En paralelo Para este caso la ecuación es la siguiente:

𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 𝟏 = + + … 𝑪𝒆 𝑪𝟏 𝑪𝟐 𝑪𝟑 𝑪𝒏 [3] 𝟏

Donde 𝑪𝒆 = al inverso de las capacitancias 

Electrolíticos: Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrólito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 µF. Arriba observamos claramente que el condensador nº 1 es de 2200 µF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 µ / 25 V).

Figura 5. Condensador de Poliéster. Circuito RC: Es un circuito formado por resistencias y condensadores. Para un caso especial se considera un condensador y una resistencia que se ordenaran en serie. En el circuito RC la corriente varía en el tiempo debido a que la carga en el condensador empieza de cero hasta llegar a un valor máximo.

. Figura 6. Partes de un Circuito RC

Figura 3. Condensador Electrolítico

Verificación experimental de la electrostática

Los objetivos principales de la practica eran los siguientes: observar el proceso de carga y descarga de un capacitor determinar experimentalmente la expresión matemática que relaciona la corriente y el tiempo de carga y descarga de un capacitor 2. Sección experimental Se procedió a realizar el montaje de un circuito RC. (Figura 1) teniendo en cuenta la polaridad de los distintos elementos y que el circuito estuviera abierto antes de conectar la fuente.

Figura 9, circuito RC

Condensador

Resistencia

Tabla.1 Registros del voltaje para el circuito RC Tiempo Ti (s) 0

V1

V2

V3

V4

V5

0.04

0.03

0.04

0.05

0.02

10

0.86

0.79

0.88

0.79

0.85

20

1.50

1.51

1.56

1.49

1.56

30

2.03

2.01

1.98

2.04

2.01

2.46

2.45

2.50

2.56

2.51

50

2.87

2.89

2.79

2.70

2.76

60

3.17

3.21

3.26

3.15

3.20

70

3.56

3.49

3.60

3.49

3.45

80

3.85

3.90

3.79

3.77

3.69

90

4.16

4.09

4.15

4.10

4.21

100

4.46

4.39

4.41

4.50

4.56

110

4.75

4.70

4.71

4.77

4.80

120

4.96

4.99

4.93

4.90

5.01

130

5.18

5.19

5.21

5.25

5.14

140

5.41

5.44

5.49

5.51

5.43

150

5.61

5.63

5.66

5.59

5.49

Figura 10. Montaje del Circuito RC. Tabla2. Promedios de voltaje y corriente del circuito RC

Previamente se descargó completamente el capacitor, para poder continuar a tomar los datos en el instante en que se cierra el switch t = 0, se registró el voltaje del circuito, se procedió a repetir las lecturas del voltaje en intervalos regulares de tiempo de 10 seg, se dio por finalizado el proceso de carga del capacitor cuando las lecturas del voltímetro permanecieron invariables. 3. Resultados Los datos obtenidos en la práctica de laboratorio, se muestran en tablas como se indica a continuación:

V prom 0.036 0.834 1.524 2.014 2.496 2.802 3.198 3.518 3.8 4.142 4.464

I prom 3,60E-02 8,34E-01 152,4 201,4 249,6 280,2 319,8 351,8 380 414,2 446,4

Ln(Iprom) -3,32E+00 -0,181521877 5,026508643 5,30529298 5,519859636 5,635503634 5,7676958 5,863062832 5,940171253 6,026348949 6,101215411

4.746 4.918 5.198 5.456 5.596

474,6 491,8 519,8 545,6 559,6

6,162472344 6,19807213 6,253444122 6,301886107 6,327222243

Corriente Promedio Voltaje

6.00E+02

4.00E+02 2.00E+02 I prom

160

120

90

60

30

0

0.00E+00

principio se tenían que usar descargados para poder realizar posteriormente una medición precisa y sin ningún tipo de problema ya que; se estaban manejando corrientes directas de una fuente de alimentación, conectada a una toma de corriente, Además estos condensadores se irían cargando a medida que pasara el tiempo. Se procedió en principio a medir voltajes en ciertos intervalos de tiempo (cada 10 segundos) con un voltaje de 10,01 y una resistencia de 1MΩ. A medida que paso el tiempo hubo un momento donde el voltaje medido por la fuente de alimentación del capacitor ya no subía tan rápido como se dio al principio , esto debido a que el capacitor ya estaba cerca de alcanzar el límite de carga respectivo de 10V. 5. Conclusiones

Tiempo

Gráfica 1. (Corriente promedio de los puntos escogidos según)

En esta grafica se evidencia la relación entre la corriente promedio en términos de del tiempo de carga. A partir de esta se puede deducir que el voltaje ira aumentando conforme pasa el tiempo hasta llegar a un punto en el que será constante debido a que la carga del capacitor será cada vez más lenta.

.- Se pudo observar que la relación que hay entre la carga del condensador y el tiempo es directa ya que al aumentar el tiempo aumenta su respectiva carga. -El valor de la resistencia influye en la cara del condensador, a menor resistencia la corriente fluye más rápido por el circuito, por lo tanto el condensador se cargará con más velocidad. -La diferencia de carga de un condensador disminuye de un intervalo de tiempo a otro, conforme trascurre el tiempo la carga se hace constante.

Ln(Iprom) 1.00E+01 y = 0.3798x + 1.7043 R² = 0.4494 5.00E+00 0.00E+00 1 3 5 7 9 11 13 15

6. Referencias.

Ln(Iprom)

• Serway, R. A., Jewett, J. W., & González, S. R. C. (2015). Física para ciencias e ingeniería. Vol. Linear (Ln(Iprom)) 1. CENGAGE Learning.

-5.00E+00 Gráfica 2. (Logaritmo Natural de la resistencia promedio del circuito)

- Young, H. D., & Freedman, R. A. (2009). SearsZemansky física universitaria. -TIPLER-MOSCA: "Física para la Ciencia y la Tecnología" Vol 2A, Electricidad y Magnetismo, Editorial Reverté, 2005

4. Análisis de resultados: Este laboratorio consto del siguiente experimento: se tenía que realizar el respectivo montaje de un circuito que se mostraba en la guía, con sus respectivas resistencias y capacitores los cuales en un

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