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CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR

JUAN CAMILO BARRERA DIAZ 1066748702 GARCIA GUALDRON GR ANTHONY 1090514330 ALEX GALVIZ 1093793101

EDUARDO PABON VANEGAS

UNIVERSIDAD DE PAMPLONA CIRCUITOS ELECTICOS II

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OBJETIVOS GENERALES:  

Estudiar la característica de carga y descarga de un inductor y capacitor. Aprender la función de los inductores o Bobinas y capacitores. .

ESPECÍFICOS:   

Ejecución de pruebas para verificar el estado operativo de los inductores y capacitores. Estudiar la característica de carga y descarga de una bobina y capacitores. Estudiar la variación del voltaje y corriente durante dicho proceso y capacitores.

MATERIALES ESPECÍFICOS:       

Fuente 12 voltios DC Un Multímetro Digital. Un Condensador electrolítico de 350 µF Resistencia de 46KΩ Resistencia de 82KΩ Un Tablero de Conexiones (protoboard). 3Puentes Conectores.

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INTRODUCCIÓN

En la práctica respectiva a carga y descarga de un inductor básicamente aparte de los objetivos principales descritos, se pretende un afianzamiento conceptual el comportamiento un inductor. Para llevar a cabo el procedimiento de la práctica, inicialmente se indagó sobre el funcionamiento de la forma de carga y descarga del inductor haciendo uso los conocimientos teóricos. Los inductores o bobinas son elementos lineales y pasivos que pueden almacenar y liberar energía basándose en fenómenos relacionados con campos magnéticos. Una aplicación de los inductores, consistente en bloquear las señales de AC de alta frecuencia en circuitos de radio, dio origen a que con dicho término (choque) se haga referencia a los inductores que se emplean en aplicaciones donde su valor no es crítico y que por lo tanto admiten grandes tolerancias. Cuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no se carga instantáneamente sino que adquiere cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito. Este capacitor llega a cargarse casi al cien por ciento del valor de la fuente cuando el tiempo que transcurrió es igual a 5 constantes de tiempo (τ), luego de ese tiempo el capacitor actúa como circuito abierto. Sea en carga o descarga.

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MARCO TEÓRICO

Un condensador es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica en forma de diferencia de potencial para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico. En la siguiente imagen vemos varios tipos diferentes.

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. (http://e-ducativa.catedu.es, s.f.) Por tanto la cantidad de carga que tendrá ese condensador en función del tiempo transitorio del circuito será:

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En la figura se representa gráficamente esta ecuación, la carga del condensador en función del tiempo. Se denomina constante de tiempo del circuito:

La respuesta natural Se observa primero que en un circuito sin fuente, Q debe ser cero y la solución consiste en la respuesta natural.

Se puede ver que la constante P nunca es negativa en un circuito sólo con resistencias, Inductores y capacitores; su valor depende nada más de los elementos

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pasivos del circuito5 y de su interconexión en el circuito. Por lo tanto, la respuesta natural se aproxima a cero cuando el tiempo aumenta sin límite. Éste debe ser el caso del circuito RL simple debido a que la energía inicial se disipado modo gradual en la resistencia, en forma de calor. También hay circuitos idealizados en los que P es cero; en tales circuitos la respuesta natural no se desvanece. En consecuencia, se verá que uno de los dos términos que conforman la respuesta completa tiene la forma de la respuesta natural; incluye una amplitud que dependerá (aunque a menudo no será igual) del valor inicial de la respuesta completa, y por ello también del valor inicial de la función forzada. La respuesta forzada A continuación se puede ver que el primer término de la ecuación depende de la forma funcional de Q(t), la función forzada. Siempre que se tiene un circuito en el que la respuesta natural se desvanece conforme t se vuelve infinita, el primer término debe describir por completo la forma de la respuesta después de que desapareció la respuesta natural. Por lo general este término recibe el nombre de respuesta forzada; también se conoce como respuesta de estado permanente, solución particular o integral particular. Por ahora, se decide considerar sólo los problemas que implican la aplicación repentina de fuentes de cd, así que Q(t) será entonces una constante para todos los valores del tiempo. Si se desea, se evalúa ahora la integral en la ecuación para obtener la respuesta forzada. (Willian H, 2007)

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En el caso del circuito RL en serie, Q/P representa la corriente constante V0/R y 1/P la constante de tiempo τ . Se observa que la respuesta forzada podría haberse obtenido sin evaluar la integral, debido a que debe ser la respuesta completa en el tiempo infinito; corresponde sólo a la tensión de la fuente dividida por la resistencia en serie. Ello quiere.

es un componente eléctrico que produce inducción. Concretamente, induce un campo magnético cuando es atravesado por una corriente. También se le llama bobina o solenoide. En principio, cualquier conductor podría usarse para construir una bobina. Se elabora enrollando alambre conductor en círculos, dando varias vueltas, de modo de formar un helicoide. Para evitar que el alambre enrollado entre en cortocircuito al hacer contacto consigo mismo al enrollarse, se emplea alambre esmaltado en la confección del inductor. Cada vuelta que el alambre efectúa se llama espira.

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Simbología electrónica:

Inductancia: Es la medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético, y se define como la relación entre el flujo magnético (∅) y la intensidad de corriente eléctrica que circula por la bobina y el número de vueltas (n) del devanado: 𝐿=

∅𝑛 𝐼

La inductancia depende de las características físicas del conductor y de la longitud del mismo. Si se enrolla un conductor, la inductancia aparece. Con muchas espiras se tendrá más inductancia que con pocas. Si a esto añadimos un núcleo de ferrita, aumentaremos considerablemente la inductancia.

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El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas. Asociación de inductores: En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas o inductores que están conectadas en serie o paralelo. Se presenta de seguidamente el método a seguir para su simplificación. El cálculo del inductor o bobina equivalente de inductores en serie o paralelo es similar al método de cálculo del equivalente de las resistencias. Asociación en Paralelo de dos Inductores Inductancia equivalente 1 1 1 −1 𝐼𝑒𝑞 = ( + + ) (2) 𝐼1 𝐼2 𝐼3

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Asociación en Serie de dos inductores Inductancia equivalente 𝐼𝑒𝑞 = 𝐼1 + 𝐼2 (3)

Carga y descarga del Inductor: Constante de tiempo (𝜏):

𝜏 = 𝐿/𝑅 (𝑠𝑒𝑔) (4)

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Carga:

−𝑡

𝑉𝐿 = (𝐼𝑓 + (𝐼𝑖 − 𝐼𝑓 )𝑒 𝜏 ) (𝐼) (5) 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝑅 (𝑉) (6) −𝑡

𝑉𝐿 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑒 𝜏 (𝑉) (7)

Descarga:

𝑉𝐿 = −𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑒

−𝑡 𝜏

(𝑉) (8)

−𝑡 𝜏

𝐼𝑐 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 𝑒 (𝐴) (9)

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CUERPO DEL TRABAJO: Esquema del circuito:

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Proceso de Carga: IR=E/R3+R5=9v/5.7K IR=1.578947368mA VR=R3*E/R3+R5=1K*9V/1K+4.7K VR=1.578947368

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PROCEDIMIENTO Para el siguiente experimento se utilizó una placa para poder armar circuitos (protoboard), la cual estaba constituida por pequeños orificios unidos entre sí por una placa metálica que iba por debajo de esta, en estos orificios se insertaban los elementos y conductores para que la corriente pudiera fluir. También a la placa le conectamos una fuente de poder (la cual cargaría al condensador), una resistencia de 46K Ohm, y un condensador de 350 uF. La fuente de poder entregaba una cantidad de energía constante de 5v. Para medir los tiempos ocupábamos un computador el cual nos iba dando la suma de los tiempos. Para poder medir cuanto se había cargado o descargado el condensador se utilizó la entrada analógica de un arduino, el cual marcaba los diferentes voltajes que presentaba el condensador transcurrido cada tau (𝞃), y la resistencia ya sea en carga o en descarga. Para lo siguiente se utilizó el siguiente código:

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Evidencias Fotograficas: Carga:

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Descarga:

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CONCLUSIONES. A través del siguiente trabajo nos pudimos dar cuenta sobre ciertas cosas, por ejemplo que la relación que hay entre el tiempo con la carga del condensador y la bobina, es un tipo de relación directa lo cual mientras mayor es el tiempo mayor es la carga que va a tener el condensador y la bobina,, por otro lado la relación que tiene la descarga del condensador con respecto al tiempo es una relación indirecta, a medida que transcurre más tiempo, la carga del condensador es menor. Por otro lado el tiempo de carga del condensador y la bobina, hasta llegar a su máximo o cuando comienza a aumentar en forma mínima es mayor que el tiempo que el condensador emplea en descargarse hasta que se quede sin carga. Los valores tomados de voltaje y corriente tomados en la práctica difieren del valor que se tendría que tomar en forma teórica, esto se debe a que se pudieron presentarse algún tipo de falla durante la medición del tiempo o del voltaje, por fallas o valores con cierto margen de error de la fuente de poder, el condensador y la bobina,, la resistencia, o el voltímetro, o por razones que simplemente no pudieron ser identificadas. Con respecto a los gráficos en el de descarga se puede ver que en el inicio de las mediciones las diferencias de voltaje de descarga eran mayores con respecto a los intervalos de descarga finales, la diferencia de voltaje mientras avanza el tiempo, disminuyen los intervalos de descarga. Lo que nos lleva a tener una curva logarítmica. Con respecto a la carga del condensador en el inicio, la diferencia de carga de un intervalo de voltaje es mayor mientras avanza el tiempo a que cuando nos acercamos al límite de la carga máxima del condensador, lo que nos lleva a tener una curva con forma exponencial, o logarítmica, pero con el signo contrario.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y WEBGRAFIA https://unicrom.com/bobinas-o-inductores-en-serie-y-paralelo/ https://www.luzplantas.com/que-es-un-inductor-y-como-funciona/ https://es.khanacademy.org/science/electrical-engineering/ee-circuit-analysistopic/ee-natural-and-forced-response/a/wmc-inductor-in-action

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