L6. Carga Y Descarga De Un Condensador

PREINFORME DE LABORATORIO L6. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

GRUPO: L1B

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE FÍSICA FÍSICA II BUCARAMANGA 2014

1. INTRODUCCIÓN:

2. OBJETIVOS: 2.1.

OBJETIVO GENERAL 

2.2.

Analizar experimentalmente un circuito RC a voltaje constante.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS  

Determinar las principales características de un circuito RC. Comprender los procesos de carga y descarga a través de una resistencia.

3. RESUMEN TEÓRICO En un circuito RC al cerrar el interruptor el condensador se carga hasta alcanzar un voltaje igual al de la batería. Si luego se abre el interruptor, el condensador empieza a descargarse a través de la resistencia externa y la resistencia interna del voltímetro. Mediante la regla de mallas de Kirchoff se demuestra en el proceso de descarga el voltaje en el condensado varía así:  

R = resistencia total Vo = vector de voltaje para t = 0

La constante de tiempo o tiempo de relajación del circuito es el tiempo en el que el voltaje del condensador alcanza un valor de 0,37 de su valor inicial; y es una cantidad: Al determinar el tiempo de relajación, se mide el tiempo de vida media que el voltaje disminuye su valor a la mitad de su valor inicial.

, tiempo en el

El tiempo de relajación y es tiempo de vida media están relacionados de la siguiente manera:

4. TEMAS DE CONSULTA 4.1.

CAPACIDAD ELÉCTRICA Y CONDENSADORES

CAPACIDAD ELÉCTRICA Es la propiedad de los cuerpos conductores de acumular y mantener la carga eléctrica o una cantidad de energía eléctrica para una diferencia de potencial dada. La capacidad eléctrica, se designa con la letra C y se mide por la relación entre la carga del conductor independiente y su potencial.

La fórmula citada permite establecer la unidad de capacidad que es igual a la unidad de carga sobre la unidad de potencial.

CONDENSADORES Un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico, que aumenta su capacitancia.

Ilustración 1: Un condensador, con las dos láminas, y el dieléctrico entre ellas. Tomado http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/circuitos/electricos/circuitoselectricos.htm

de:

Existen varios tipos de condensadores como condensadores electrolíticos, condensadores de película, condensadores de mica y condensadores cerámicos, entre otros. Tienen una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad.



Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios (µF=10-6 F), nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).



Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar.



Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.



Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.

Existen varios tipos de condensadores, entre estos están: •

Electrolíticos: Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 µF.

Ilustración 2: Un condensador electrolítico, Tomado de: http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/circuitos/electricos/circuitoselectricos

•

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.

•

De poliéster metalizado MKT: Suelen tener capacidades inferiores a 1 µF y tensiones a partir de 63v. Son dos láminas de policarbonato recubierto por un depósito metálico que se bobinan juntas.

•

De poliéster: Son similares a los anteriores, aunque con un proceso de fabricación algo diferente. En ocasiones este tipo de condensadores se presentan en forma plana y llevan sus 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.

•

De poliéster tubular: Similares a los anteriores, pero enrollados de forma normal, sin aplastar.

•

Cerámico "de lenteja" o "de disco". Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color.

Ilustración 3: condensadores cerámicos, Tomado de: http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/circuitos/electricos/circuitoselectricos

•

Cerámico "de tubo": Sus valores de capacidad son del orden de los picofaradios y generalmente ya no se usan, debido a la gran variación de la capacidad con las variaciones de temperatura.

Ilustración 4: condensador cerámico de tubo, Tomado de: http://www.aulatecnologia.com/BACHILLERATO/1_bg/APUNTES/circuitos/electricos/circuitoselectricos

4.2.

CIRCUITOS TRANSITORIOS RC

Se entiende por "transitorio" de un circuito eléctrico el tiempo que transcurre desde la conexión o desconexión de algún componente hasta alcanzar el régimen estacionario de corrientes y diferencias de potencial. El caso que estudiaremos en esta práctica es el más usual consistente en la conexión o desconexión del generador:  

Transitorio de conexión: ε(t) = 0 , t ≤ 0 y ε(t) = ε , t > 0 Transitorio de desconexión: ε(t) = ε , t ≤ 0 y ε(t) = 0 , t > 0

Los circuitos RC son los formados por elementos resistivos y capacitivos

o

CARGA DEL CAPACITOR

Cuando se conecta la alimentación en un circuito RC existe un período de tiempo durante el cual se producen variaciones en las corrientes y tensiones. A este período se lo llama régimen transitorio. Luego de un tiempo correspondiente a 5 constantes de tiempo, el circuito adquiere sus características definitivas, período conocido como régimen estable. La constante de tiempo en un circuito RC se calcula como: R C Al cerrar el circuito, en un primer momento no hay cargas en las placas del capacitor. Las primeras cargas se ubican en las placas con facilidad por lo que la corriente es máxima (el capacitor funciona como un conductor). Por la misma razón no hay diferencia de potencial entre los bornes del capacitor (como no la hay en un conductor). A medida que van acumulándose más cargas, las mismas encuentran mayor dificultad debido a que son del mismo signo y se repelen. Por lo tanto la corriente cada vez es menor y aumenta la diferencia de potencial entre los bornes del capacitor. Llega un momento que el capacitor casi del todo cargado y no hay prácticamente corriente que circule a través del mismo, comportándose como un circuito abierto. Por lo tanto la tensión entre los bornes del capacitor es máxima.

o

DESCARGA DEL CAPACITOR

Cuando se conecta un capacitor cargado a una resistencia, este se descarga a través de la misma de una manera similar a la carga, es decir que tampoco se realiza de manera lineal. Al principio se descargará más rápido y luego con menor velocidad.

5. RESUMEN DE PROCEDIMIENTO

PARTE A: DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DEL TIEMPO T PARTE B: DETERMINACIÓN DEL VALOR DE LA CAPACITANCIA C

6.       

BIBLIOGRAFÍA Holliday – Resnick. Física; vol II cap 32 Kip A. Fundamentos de Electricidad y Magnetismo; cap 10 Sears, Zemansky Física Vol II Serway, Raymond A Física Parte II http://www.ecured.cu/index.php/Capacidad_el%C3%A9ctrica http://www.lcardaba.com/articles/cond/cond.htm http://www.fisicapractica.com/transitorios-rc.php