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• Diego Benavides

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SEPTIMO INFORME LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Richard Sánchez Caicedo, Emmanuel Rendon Leal, Eduardo José Muñoz Cerón, Fernando José Dulcey Idrobo. Cauca Universidad del Cauca Popayan [email protected] , [email protected] , [email protected] , [email protected]

RESUMEN – En esta practica se estudiara la carga y descarga de un capacitor conociendo y determinando el tiempo en cada proceso, se mirara cómo se comportan las corrientes , cuando se carga y se descarga con la fuente de alimentación de una fuente de energía variable. Se hará lo anterior con herramientas como protoboart, resistencias de diferente valor y multímetro.

ABSTRACT - In this practice the load and discharge of a capacitor will be studied knowing and determining the time in each process, it will be seen how the currents behave , when loaded and discharged with the power supply of a variable energy source. This will be done with tools such as protoboart, resistors of different value and multimeter

PALABRAS CLAVES: Condensador , Carga, Descarga, Elemento pasivo, Campo eléctrico.

KEYWORDS: Condenser , Load, Download, Passive element, Electric field.

INTRODUCCIÓN

Un capacitor es un elemento pasivo que almacena energía en forma de campo eléctrico, empleado en todo tipo de circuitos eléctricos, para almacenar temporalmente carga eléctrica. Cuando aplicamos una diferencia de potencial obtenemos una ecuación denotada de la siguiente manera: Q=C. ΔV. Donde C, es la capacidad del condensador. En la práctica utilizamos resistencias y condensadores, montados en una protoboart. Y de ahí se procede a medir y anotar valores; los cuales nos ayudan a conocer la carga y descarga de un capacitor, las contantes de tiempo denotada por β=R.C y la resistencia interna de un multimetro. MARCO TERIOCO

Para el presente informe se necesitaran algunos conocimientos básicos para entender más a fondo el objetivo de la práctica. Carga y Descarga de un condensador : Un condensador es un dispositivo formado por dos conductores cercanos y aislados entre sí denominados placas o armaduras del condensador. Al conectar el dispositivo a un generador y establecer entre ambas placas una diferencia de potencial, se establece una corriente eléctrica que transporta electrones desde una de las placa a la otra, hasta que se estabiliza en un valor que depende de la capacidad del condensador. Cuando ha terminado la transferencia de electrones ambas

armaduras poseen la misma carga, aunque de signo contrario. Este dispositivo mientras está cargado puede almacenar energía y, en un momento determinado, ceder su carga, proporcionando energía al sistema al que está conectado:

está rodeado por partículas muy pequeñas denominadas electrones. El núcleo está formado por dos clases de partículas muy pequeñas llamados neutrones y protones. Los electrones rodean la superficie del núcleo en orbitas cercanas a él y otras alejadas; estos electrones tienen cargas negativas, los protones positivas y los neutrones no tienen carga. El nombre de electricidad se lo debemos al físico Michael Faraday quien se encargo de estudiar el electromagnetismo y la electroquímica. protoboart: Es una placa de pruebas donde se pueden utilizar elementos electrónicos y cables para armar y desarmar diseños de circuitos sin la necesidad de soldar y desoldar, compuestas por laminas pequeñas aisladas entre si por unos 2,54 mm equivalente a una pulgada. Conductores:

Imagen 1. Carga de un condensador Al situar el interruptor S en la posición 1, la carga del condensador no adquiere instantáneamente su valor máximo, Q, sino que va aumentando en una proporción que depende de la capacidad, C, del propio condensador y de la resistencia, R, conectada en serie con él. Descarga de un condensador Una vez que tenemos cargado el condensador, situamos el interruptor S en la posición 2, de forma que el condensador se desconecta de la batería. En esta situación el condensador va perdiendo paulatinamente su carga.

son aquellos materiales y soluciones con los que los electrones se pueden mover libremente. Con los conductores hechos de cualquier tipo de material no serán útiles para construir circuitos eléctricos.

RESULTADOS -Una vez tenidos todos los elementos eléctricos necesarios se proedió a montar un circuito en una tabla experimental conformado por un resistor en serie con un condensador, aplicándosele una determinada tensión cuyo valor 13.13V DC se obtuvo una vez el voltaje en el capacitor fuese de 12V DC.

Ley de ohm: indica que la diferencia de potencial (V) aplicado en los extremos de un conductor determinado es directamente proporcional a la intensidad de la corriente (I) que circula por dicho conductor teniendo en cuenta el factor de proporcionalidad (R), las magnitudes de las tres unidades en el sistema internacional de medida son ohmios (Ω), amperios (A)y voltios (V). Imagen 2.

Resistencia: Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición de flujo de electrones a través de un conductor,, la unidad en el sistema internacional de medida (S.I.M) es el ohmio Electricidad: En el universo hay muchos cuerpos y materias constituidos por átomos estos a su vez por un núcleo que

Teniendo en cuenta el voltaje anterior y el voltaje en la fuente (13.13 V) se procedió a encontrar la resistencia interna del multímetro de la siguiente manera: 𝑅𝑖𝑛𝑡 =

𝑉𝑅𝑖𝑛𝑡 𝑉𝐹𝐴 −𝑉𝑅𝑖𝑛𝑡

× 1 𝑀𝛺 =

12 13.13−12

≅ 10.1 𝑀𝛺

Ahora ya con se calculó la constante de tiempo (Tau).

𝜏 = 𝑅𝑖𝑛𝑡 × 𝑐 = 10.1 𝑀𝛺 × 1 𝜇𝐹 = 10.1 𝑆𝑒𝑔 VOLTAJE DE LA FUENTE ( VFA )

A continuación se presenta tabla con los siguientes resultados:

RESISTENCIA INTERNA DEL MULTIMETRO ( RINT)

13.13

10.

CAPACITANCIA MEDIDA ( C)

VOLTAJE INUICIAL EN EL CAPACITOR ( C )

1mA

12 V

1m

Tabla 1.

Una vez tenido el circuito totalmente conectado y capacitor cargado se procedió a conmutar S1 para calcular con 6 valores distintos de constantes de tiempo (Tau) el voltaje tres veces encontrando un promedio, teniendo en cuenta el determinado tiempo en segundos siendo guiado por un cronometro, arrojando los resultados como se muestra en la siguiente tabla y gráfica:

CONSTANTE DE TIEMPO (  )

CONTANTE DE TIEMPO (S)

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PROMEDIO

1

10.1

4.66

4.94

4.85

4.816

2

20.2

2.16

1.98

1.88

2.006

3

30.3

0.788

0.785

0.695

0.756

4

40.4

0.302

0.312

0.322

0.312

5

50.5

0.126

0.121

0.123

0.123

10

101

0.007

0.009

0.011

0.009

Tabla 2.

12 10 8 6 4 2 0 .0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

Grafica 1. Luego se procedió a montar un circuito muy parecido al anterior esta vez con el capacitor en paralelo con un conmutador y estos en paralelo con un voltímetro:

Imagen 3. Lo anterior se realizó para calcular con ayuda del cronómetro, con y conmutando S2 tres valores de prueba de voltaje de descarga en el capacitor repitiéndose el ejercicio con seis constantes de tiempo (Tau), para apreciar tal fenómeno eléctrico a partir de la tabla de resultados y la gráfica como se muestra a continuación:

CONSTANTE DE TIEMPO (  )

CONTANTE DE TIEMPO (S)

PRUEBA 1

PRUEBA 2

PRUEBA 3

PROMEDIO

1

10.1

7.32

7.32

7.29

7.31

2

20.2

10.09

10.12

10.17

10.13

3

30.3

11.18

11.21

11.24

11.21

4

40.4

11.63

11.66

11.65

11.64

5

50.5

11.8

11.83

11.83

11.82

10

101.4

11.92

11.93

11.93

11.92

Tabla 3. 14 12 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

8

10

12

Grafica 2.

almacenada en el capacitor en forma de energía potencial.

ANÁLISIS

●

●

Se observa que la capacitancia obtenida en el último dobles respecto al primer dobles se triplica, esto sucede debido a que al dar cada dobles en las placas de aluminio se asemeja a conectar condensadores en paralelo a los cuales se les suministra una misma diferencia de potencia, esto provoca que la capacitancia sea mayor con cada dobles. Para el condensador de Leyden inicialmente un globo se cargó eléctricamente mediante fricción. Después se transfirió esta carga al capacitor a través de uno de sus terminales para crear un corto circuito entre los electrodos con el fin de que se apreciara un arco eléctrico. El paso de electrones se dio a través de los electrodos (alambres de cobre), la explicación a esto es que debido a que el capacitor tiene una característica que la cual almacenar carga eléctrica lo cual produjo un arco al descargarse. Es decir la fricción genera energía cinética la cual es

●

¿Describir el mecanismo de almacenamiento de energía de los capacitores ?

El mecanismo de almacenamiento de energía en un condensador, implica realizar un trabajo para transportar la carga desde una placa del condensador a la otra, venciendo las fuerzas eléctricas. A medida que se va almacenando la carga durante el proceso de carga, cada sucesivo elemento de carga (diferencial de carga) requiere más trabajo para llevarlo a la placa positiva. Resumiendo, estos cambios continuos en las cantidades, requiere una integral. ●

¿Describir capacitor ?

el

funcionamiento

del

Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico(aislante). Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando se conecta a una batería o a una fuente de tensión. Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con

distintos signos (una + y la otra -). Una vez cargado se tendrá una determinada carga o tensión, y estará preparado para soltar esa carga cuando se conecte a un resistor o receptor de salida.

[2]http://webpersonal.uma.es/~jmpeula/carga_y_desc arga.html

¿ Que es la botella de Leyden y como funciona?

[4] Raymond A. Serway. Física para ciencias e ingeniería.Editorial

La botella de Leyden es un dispositivo que permite almacenar cargas eléctricas comportándose como un condensador. Este dispositivo funciona como condensador gracias a que el plástico de la botella actúa como material aislante entre las placas conductoras las cuales van al interior y exterior de ésta permitiendo que se efectúe un almacenaje de carga.

[5] https://es.slideshare.net/carloshuertasperez5/l aboratorio-4-37024744

●

CONCLUSIONES

●

La carga o descarga de un capacitor, depende de la constante del tiempo, puesto que si la resistencia es muy alta el tiempo de carga o descarga será muy grande o si el capacitor es muy pequeño, la carga o descarga se llevará a cabo en un lapso de tiempo muy pequeño.

●

La resistencia se comporta como un disipador de energía, ya que en descarga es ella quien se encarga de quitarle toda la energía almacenada al capacitor, algo que se observó al medir la capacitancia.

●

Se puede inferir a partir del comportamiento eléctrico de los capacitores diseñados que entre menos aire halla entre sus placas va a tener una mejor capacidad de carga. Cabe mencionar que sólo se diseñaron capacitores del orden de x10^-9 F conocidos como capacitores no electrolíticos que no poseen polaridad.

REFERENCIAS [1] http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositori o/2750/2951/html/18_carga_y_descarga_de_un_cond ensador.html

[3] https://es.slideshare.net/guestd93ebf/infome2-lineas-equipotenciales-y-campo-electrico.

[6] https://es.slideshare.net/carloshuertasperez5/l aboratorio-4-37024744