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• Karol Toloza Martinez

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UNIVERSIDAD DE LA COSTA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

DESCARGA DE UN CAPACITOR TOLOZA KAROL INGENIERIA CIVIL

LABORATORIO DE FISICA DE CAMPO

RESUMEN En esta experiencia observamos el comportamiento de un capacitor al momento de su descarga, vemos cómo reacciona y cuál es el tiempo que toma en descargarse totalmente; utilizando una resistencia, un capacitor y colocándolos en serie en un tablero cargándolos con un voltaje ‘‘x’’ y luego dejando que se descargando para hacer la comparación voltaje vs tiempo. Palabras claves Capacitor, Resistencia, Voltaje, descarga, Circuito RC.

ABSTRACT In this experiment we observe the behavior of a capacitor at the time of discharge , we see how he reacts and what is the time it takes to download completely ; using a resistor, a capacitor in series and placing them on a board with a voltage charging them ' ' x ' ' and then letting it downloaded to the comparison voltage vs time.

Keywords Capacitor, resistance, voltage, shock, RC circuit

1.- INTRODUCCION Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de

almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Un capacitor completamente cargado constituye una fuente de energía o fuerza electromotriz (FEM) que se puede utilizar en cualquier

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circuito eléctrico o electrónico para realizar un trabajo previamente concebido. Aquí veremos cómo se comporta un capacitor en su momento de descarga.

2.- FUNDAMENTOS TEORICOS 2.1 CAPACITOR: Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico.1 2 Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.

2.2 CIRCUITO RC: Un circuito RC es un circuito compuesto de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC. Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro elimina banda. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo; reciben el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia. En la configuración de paso bajo la señal de salida del circuito se coge en bornes del condensador, estando esté conectado en serie con la resistencia. En cambio en la configuración de paso alto la tensión de salida es la caída de tensión en la resistencia. Este mismo circuito tiene además una utilidad de regulación de tensión, y en tal caso se encuentran configuraciones en paralelo de ambos, la resistencia y el condensador, o alternativamente, como limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos componentes en serie. Un ejemplo de esto es el circuito Snubber. 2.3 CARGA DE UN CAPACITOR: Para cargar un capacitor es necesario comprobar que la fuente de energía

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eléctrica que se encuentra en el circuito tenga fem constante y resistencia interna nula (r = 0), y no se tiene en cuenta la resistencia de todos los conductores de conexión. Cabe anotar que inicialmente el capacitor esta descargado, después en un tiempo inicial (t = 0) se cierra el interruptor para completar el circuito y permitir que la corriente alrededor de la malla comience a cargar el capacitor. Para toda consideración practica, la corriente comienza en el mismo instante en todas las partes conductoras del circuito, y en cada instante la corriente es la misma en todas partes. Como inicialmente el capacitor esta descargado, la diferencia de potencial entre los extremos de este (supongamos es Vab) es cero (t = 0). En este momento de acuerdo a la regla mallas de Kirchhoff, el voltaje entre los extremos del resistor R (supongamos es Vbc) es igual a la fem de la fuente de energía eléctrica. La corriente inicial (I0) a través del resistor esta dada por la ley de Ohm . A medida que el capacitor se carga, su voltaje Vab aumenta y la diferencia de potencial Vbc entre los extremos de resistor disminuye, lo que corresponde a una reducción de la corriente. La suma de estos dos voltajes es constante e igual a la fem . Al cabo de un tiempo el capacitor se carga totalmente, la corriente disminuye a cero y la diferencia de potencial Vbc entre los extremos del resistor se hace cero. En ese momento

aparece la totalidad de la fem de la fuente de energía eléctrica entre los bornes del capacitor, y la diferencia de potencial entre los extremos del capacitor es igual al valor de la fem. Si se establece a q como la carga del capacitor e i la corriente en el circuito al cabo de cierto tiempo t luego de cerrar el interruptor. Las diferencias de potencial instantáneas Vab y Vbc son Vab= q/C Vbc = iR. Utilizando estas en la regla de mallas de Kirchhoff, se obtiene - q/C- iR = 0 (ecuación 1). El potencial cae una cantidad q/C al pasar de a a b e iR al pasar de b a c. Resolviendo para i de la ecuación 1 se tiene i = ( /R)-(q/RC) (ecuación 2). Como se había mencionado anteriormente en el tiempo t = 0, cuando se cierra inicialmente el interruptor, el capacitor esta descargado, y por tanto, q = 0. Sustituyendo q = 0 en la ecuación 2 resulta la corriente inicial I0 = /R. Si el capacitor no estuviera en el circuito, el último término de la ecuación 2 estaría ausente, entonces la corriente seria constante e igual a /R. Conforme la carga q aumenta, el termino q/RC crece y la carga del capacitor tiene a su valor final, al que llamaremos Qf. La corriente disminuye y termina por desaparecer. Cuando i = 0, la ecuación 2 se convierte en lo siguiente /R = Qf /RC, es decir, Qf = C (ecuación 3). En esta ecuación

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claramente se nota que Qf no depende de R.

2.4 DESCARGA DE UN CAPACITOR: Cuando el capacitor ya ha adquirido una carga Q0, se quita la fuente de energía eléctrica del circuito RC y se conectan a dos puntos cualesquiera en este caso a y c que contiene tanto al resistor como capacitor a un interruptor abierto. En seguida cerramos el interruptor y en el mismo instante reajustamos nuestro cronometro a t=0; en ese momento q=Q0. Por lo que el capacitor se descarga a través del resistor, y su carga disminuye finalmente a cero. Sean una vez más i y q la corriente y la carga que varían con el tiempo, en cierto instante después de efectuar la conexión. En estas condiciones la regla de mallas de

realizando cada 10 segundos en el capacitor con el multímetro ya conectado anteriormente en el capacitor.

Figura 1. Multímetro

Kirchhoff de la ecuación 2, aunque con = 0, es decir,

3. - DESARROLLO EXPERIMENTAL Se tomó una resistencia y un capacitor descargado y se colocaron en un tablero en un circuito en serie como se muestra en la Figura 3. Se conectó el capacitor a la fuente con un voltaje de 7V y se procedió a cargar; cuando el capacitor estuvo totalmente cargado apagamos la fuente (previamente se preparó un cronometro) y comenzamos a tomar los tiempos y la descarga que se iba

Figura 2. Fuente

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Figura 3. experimental.

Montaje

desarrollo

4.- ANALISIS Y RESULTADO V= 7.0 Seg. 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Vol. 4 2.3 1.4 0.8 0.5 0.3 0.2 0.1 0.08

Seg. 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Tabla 1. Tiempo vs Voltaje.

Vol. 0.06 0.04 0.03 0.02 0.020 0.016 0.014 0.012 0.011

5. CONCLUCION La relación que hay entre el tiempo con la descarga del condensador es indirecta, a medida que pasa más tiempos, la carga del condensador es menor. El tiempo que se emplea para cargar el condensador es menor al tiempo que se emplea al momento de descarga. En la gráfica se puede ver que en el inicio de la descarga los voltajes eran mayores con respecto a los intervalos de descarga finales, la diferencia de voltaje mientras avanza el tiempo, disminuyen los intervalos de descarga.

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6. BIBLIOGRAFIA 

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http://es.slideshare.net/carloshue rtasperez5/laboratorio-437024744 http://www.av.anz.udo.edu.ve/file .php/1/ElecMag/capitulo%20V/el %20condensador.html http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/electric/cap chg.html http://educativa.catedu.es/44700165/aul a/archivos/repositorio//2750/2951 /html/18_carga_y_descarga_de_ un_condensador.html