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• Sebastián Santodomingo

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Universidad Católica de Colombia. Pinto, Robayo, Ramírez, Sarmiento, Informe Práctica de Laboratorio No 5 – Circuito RC

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Práctica de Laboratorio No 5. – Circuito RC Pinto, Álvaro; Robayo, Gerson; Ramírez, Giovanni; Sarmiento, Andrés; {[email protected];[email protected];[email protected];adsarmiento85@ucat olica.edu.co;} {537813; 537922; 537794; 537885;} Universidad Católica de Colombia 

Corriente eléctrica: se refiere al movimiento o circulación de cargas eléctricas (electrones) a través de un circuito. La medida de esa corriente se llama intensidad, la cual se representa con la letra I y se calcula a partir de la ley de Ohm: 𝑉 𝐼= 𝑅

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Circuito RC: Se llama circuito RC a la combinación en serie de un capacitor y un resistor.

Resumen - En el presente informe de laboratorio, se busca realizar un análisis acerca del proceso de carga y descarga en un condensador tomando como referencia el cálculo en el tiempo de relajación (τ) y mediante la utilización de dos métodos diferentes como son la medición directa y el método gráfico. Abstract -. In this lab report, we seek an analysis about the process of charging and discharging a capacitor by reference in calculating the relaxation time (τ) and using two different methods such as direct measurement and graphical method. Índice de Términos Condensador, Osciloscopio, Multímetro, Circuito RC, Protoboard, Resistor, Generador de señales.

I.

INTRODUCCIÓN

Un circuito RC es un circuito compuesto por una resistencia y un condensador o varios de estos elementos los cuales son alimentados por una fuente de voltaje y controlados a través de un interruptor. Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía mediante la sustentación de un campo eléctrico; se encuentra formado por un par de superficies o placas conductoras separadas por un material dieléctrico o vacío y permanecen en situación de influencia total, es decir, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una placa van a parar a la otra como producto de la carga y descarga de este elemento. Los circuitos RC son comúnmente utilizados como filtros de señales aprovechando su característica para bloquear el paso de ciertas frecuencias y permitir el paso de otras.

II. 

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Fig.1: Circuito RC 

Protoboard: es una herramienta que permite conectar diferentes dispositivos electrónicos sin necesidad de soldarlos.

MARCO TEÓRICO

Resistencia: la resistencia R se define como la oposición del material al paso o circulación de electrones a través de él. Voltaje: es el desequilibrio de carga eléctrica que produce movimiento de electrones de un punto a otro. Se representa por la letra V.

Fig. 2: Protoboard

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Resistor: Elemento eléctrico que consta de dos terminales, las cuales se ubican en el paso de la corriente para oponerse a que esta fluya a través del circuito.

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Fig. 3: Resistor 

Condensador: Es un componente, que almacena cierta cantidad determinada de electricidad, está formado por dos superficies conductoras, entre ellas contiene un aislante llamado dieléctrico

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Multímetro: es un instrumento eléctrico que perite tomar diferentes mediciones como el voltaje, la intensidad y resistencia principalmente.

Fig. 5: Multímetro

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Generador de señales: Su funcion es producir una senal dependiendo del tiempo con unas caracteristicas determinadas de frecuencia, amplitud y forma.

Fig.3: Condensador Fig.6: Generador de señales. 

Osciloscopio: El osciloscopio es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos.

III.

MONTAJE EXPERIMENTAL

Con el fin de obtener el valor del tiempo de relajación (τ) utilizamos dos métodos diferentes. El primero de ellos mediante medición directa de los valores de resistencia (R) y capacitancia (C). El segundo, mediante la información suministrada por la gráfica de descarga (voltaje en función del tiempo) del condensador.

Fig.4: Osciloscopio

Para iniciar con el método de medición directa, se seleccionó una resistencia de 100Ω y un condensador de 22μF; con ayuda del multímetro se miden sus valores y se calcula el valor del producto RC.

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Una vez hallado este valor, se realiza la conexión en serie de la resistencia y el condensador al generador de pulsos. Posterior a ello, se ubica en el generador una señal cuadrada 1 con una frecuencia aproximada de Hz.

3.50

Seguidamente, se conecta el osciloscopio en paralelo al condensador ajustando las escalas de voltaje y tiempo de tal manera que en la pantalla se observe claramente la curva de descarga del condensador. Luego de ajustar las escalas en el osciloscopio, se toman 6 datos de voltaje y tiempo de la curva de descarga y se registran en la tabla correspondiente.

2.00

3.00

5𝑡

Ln (V)

2.50

1.50 1.00 y = -506,52x + 2,95 0.50 0.00

0.001 IV.

RESULTADOS

TIEMPO DE RELAJACION

Tiempo

Grafica 1 RC: Ln (V) Vs Tiempo (t)

R(Ω)

C(F)

RC (s) (Directa)

RC (s) (Gráfico)

Δ1%

98.4 ± 4.92Ω

24.79×10 -6 ± 0.01F

2.44×10 -3 ± 0.98s 5.60 ± 4780s

1,97×10-3 ± 3,17×10-3

19,26 %

478000 11.72×10 2,23x103±3,51×1 99% -6 ± ± 0-3 23900 0.01F Ω Tabla 1: Medición directa del tiempo de relajación

V.  



PROCESO DE DESCARGA DEL CONDENSADOR Escala de tiempo: 2.5×10-3s Escala de voltaje: 5V TIEMPO VOLTAJE -4 0 ± 5×10 s 16.0 ± 1V 1.5×10-3 ± 5×10-4s 11.0 ± 1V 2.5×10-3 ± 5×10-4s 6.0 ± 1V 3.5×10-3 ± 5×10-4s 3.0 ± 1V -3 -4 5×10 ± 5×10 s 1.5 ± 1V 5.75×10-3 ± 5×10-4s 0 ± 1V Tabla 2: Medición indirecta del tiempo de relajación con circuito RC







ANÁLISIS DE RESULTADOS En la {tabla 1} se aprecia la relación directa que existe entre la resistencia y el tiempo de relajación. La {tabla 1} muestra la diferencia porcentual correspondiente a cada par de resistencias y condensadores, estos valores son de 86,06% y 99%. Según los valores obtenidos en la {tabla 2}, podemos afirmar que el tiempo y el voltaje almacenado en un capacitor son inversamente proporcionales. La {gráfica 1} nos permiten comprobar que el comportamiento de la carga en función del tiempo es exponencial; por ello, la gráfica resulta ser decreciente. Al graficar el logaritmo del voltaje vs tiempo se obtiene una recta cuya pendiente indica el valor gráfico del tiempo de relajación hallado por análisis gráfico. Este resultado se puede observar en la {gráfica 1} y {tabla1}. Al momento de realizar el proceso de análisis gráfico con la extracción del producto RC, notamos que este valor se puede obtener de la siguiente ecuación: 𝑅𝐶 = −1 𝑚

, en la cual el valor de m es correspondiente a la

pendiente de la ecuación de la recta que podemos ver en la {gráfica 1}.

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VI.

CONCLUSIONES 

El voltaje es inversamente proporcional al tiempo, lo cual indica que a medida que transcurre el tiempo, el voltaje en el capacitor disminuye puesto que la energía almacenada en el mismo es gastada por la resistencia que está conectada en serie. Lo anterior se evidencia en la {tabla 1} y {tabla 2}.



El uso de la pendiente obtenida por el ajuste lineal, mediante el método de mínimos cuadrados, nos permite obtener el valor experimental gráfico para cada par de resistencias y condensador, este valor nos indica el tiempo de relajación en cada uno de estos. Para RC el valor gráfico corresponde a 1,97×10 -3 s y al realizar la comparación con el valor experimental directo, concluimos que la diferencia es de 4,7x10 -4 s correspondientes al 19,26%.



La resistencia influye en el tiempo de descarga o relajación de un capacitor.



Un condensador se carga y descarga de forma exponencial, por lo tanto, al alcanzar su valor máximo, este se aproxima al valor suministrado por la fuente de voltaje.



A partir de la {tabla 1}, {tabla 2} y {gráfica 1} podemos concluir que con un valor de resistencia pequeño, la corriente circula con mayor facilidad y el condensador conserva más energía en el mismo tiempo.

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En el gráfico de logaritmo natural de V vs t, los valores del eje vertical correspondientes al voltaje, disminuyen con el paso del tiempo, indicándonos que esto es correcto ya que el voltaje es inversamente proporcional al tiempo.

REFERENCIAS

[1] SERWAY, Raymond A. y JEWETT, John W. (2002) Física I y II Texto basado en cálculo, 6a Ed. Editorial Thomson.

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[2] [7.2.] PASCO scientific. (1999), Physics Labs with Computers Student Workbook. Volumen 2. [3] http://es.wikipedia.org/wiki/ley_de_Ohm [4] http://www.ciencia-educacion.com/12623317/Fuente-deVoltaje-Teoria-y-Practica.html