Guía De Laboratorio De Carga Y Descarga De Un Condensador 1,.,

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIOS VIRTUALES Elaborado por: Mg. ADAN GOMEZ ANGARITA Tema: Carga y descarga de un condensador Profesor: ADAN GOMEZ ANGARITA Asignatura: Electricidad y Magnetismo Estudiante: Brandon Camilo Pinto Arias Codigo:1121827 I.

Objetivos:

Objetivo general Analizar los procesos de carga y descarga de un condensador a través de una resistencia. .

Objetivos específicos 1. Comprobar que la corriente en un circuito RC y la carga en el condensador, varían con el tiempo, en el proceso de carga y descarga de un condensador. 2. Obtener experimentalmente las curvas de carga y descarga de un condensador en función de la corriente y el voltaje. 3. Determinar teóricamente la constante de tiempo del circuito RC.

II.

Teoría

Proceso de carga. En esta práctica se utilizará un circuito virtual en el que se tiene un condensador, de capacidad C, que puede cargarse a través del tiempo con una fuerza electromotriz (ε), el cual corresponde al potencial (V) de la fuente, es decir ε=V. El circuito también cuenta con una resistencia por donde pasa la corriente I del circuito que también varía en el tiempo. Puede demostrarse que la carga en el condensador y la corriente en el circuito varían, respectivamente, de acuerdo a las siguientes expresiones:

El producto RC, que aparece en el exponente, tiene dimensiones de tiempo y se denomina constante de tiempo o tiempo de atenuación del circuito. La constante de tiempo representa el tiempo que tarda el condensador en adquirir el 63% de su carga final de equilibrio. [1] Proceso de descarga. Para esta simulación se contará con un condensador el cual se cargará inicialmente al máximo y luego se la aislará de la fuente de voltaje, se conectará a un circuito formado por un bombillo del simulador, las placas del condensador inicialmente cargado empiezan el proceso de descarga en t=0, generándose una corriente que pasa a través del bombillo y éste consume la energía almacenada en el condensador, hasta agotar la carga de la placa. Las ecuaciones para la variación de carga q y de corriente I para el proceso de descarga son:

En donde la corriente inicial tiempo RC es decir

III.

=

q RC

es igual a la carga inicial en el condensador dividida entre la constante de , R es la resistencia en el circuito y C la capacitancia del condensador.

Carga de un condensador

A. Procedimiento de carga de un condensador 1. Ingrese al link https://www.geogebra.org/m/K7caNtb4 [2]. 2. Cierre el circuito en el cuadro inferior del programa. 3. Observe como varía la carga y la corriente a medida que trascurre el tiempo. 4. Si desea observar la generación de las graficas nuevamente debe dar clic en la parte superior de la página

y volver a cerrar el circuito.

B. Análisis de carga de un condensador 1. Para los siguientes valores: ε=V= 20V; C=100uF; y R=70kΩ complete la tabla 1 y la tabla 2. Utilizando las ecuaciones de carga y corriente descritas en la teoría del proceso de carga. Tabla1. Carga de un capacitor a través del tiempo. Tiempo (s)

Carga (uC)

0

0

1

2.66x10-4

2

4.97x10-4

3

6.97x10-4

4

8.70x10-4

5

1.01x10-3

6

1.15x10-3

7

1.26x10-3

8

1.36x10-3

9

1.44x10-3

10

1.52x10-3

11

1.58x10-3

12

1.63x10-3

Tabla2. Corriente en un capacitor a través del tiempo. Tiempo

Corriente(mA)

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIOS VIRTUALES (s)

2.

0

2.85x10-4

1

2.47x10-4

2

2.14x10-4

3

1.86x10-4

4

1.61x10-4

5

1.39x10-4

6

1.21x10-4

7

1.05x10-4

8

9.11x10-5

9

7.89x10-5

10

6.84x10-5

11

5.93x10-5

12

5.14x10-5

Realice las graficas de carga vs tiempo y corriente vs tiempo.(Recomendación: escoja una escala vertical para la carga en donde una longitud de 0.5cm corresponde a un valor de carga de 100uC)

3.

¿Que sucede con la carga y la corriente al transcurrir el tiempo?

R/ al transcurrir el tiempo la carga disminuye.

IV.

Descarga de un condensador.

A. Procedimiento de descarga de un condensador 1. Ingrese al link https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-labbasics_es.html y seleccione la opción (bombilla). 2. Haga clic en todos los cuadros de datos para observar los valores que existen en la experiencia. 3. Arrastre la barra central de la pila hasta el potencial máximo de 1.5V 4. Disminuya la separación de las placas arrastrando la punta de la fecha vertical que se encuentra encima de la placa superior del condensador, hasta abajo de tal manera que la distancia de separación entre las placas sea la mínima de 2mm. 2 5. Agrande el área de las placas del condensador al máximo hasta 400mm arrastrando la punta de la fecha inclinada hacia arriba y en la dirección que se indica. 6.

Haga clic sobre cualquiera de los dos círculos punteados de un extremo del alambre que está unido al bombillo.

7.

Zb Observe que al cerrar el circuito del condensador con el bombillo, se genera una corriente que circula por la resistencia del bombillo, se va reduciendo la carga y la energía almacenada en el condensador. Cierre el circuito nuevamente del condensador con la pila para volver a cargar el condensador.

8.

9. La barra roja del programa muestra la carga inicial q o almacenada en la placa del condensador y la barra amarilla muestra la energía que se reduce a medida que transcurre el tiempo. 10. Disponga de un celular y colóquelo en modo de video junto a la pantalla de su computador para captar esos valores de carga y energía que muestra el programa, al cerrar el circuito del condensador con el bombillo.

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIOS VIRTUALES El video del celular debe accionarse al mismo tiempo que se cierra el circuito en el círculo punteado de uno de los extremos del alambre conectado al bombillo. De no contar con un dispositivo para grabar utilice el siguiente link: https://drive.google.com/open?id=1N6cMnYn_mucqvRO4dMm87uArJ8BHuE6 Descarga el video y deténgalo cada 2 segundos para la toma de datos. 11. Observe en forma pausada su video cada 2 segundos, lleve los datos captados a la tabla 3; y realice la grafica correspondiente.

Tabla 3. Descarga de un capacitor. Tiempo (s)

Carga (uC)

0

2.06x10-6

2

2.26x10-6

4

1.75x10-6

6

1.44x10-6

8

1.17x10-6

10

1.01x10-6

12

0.85x10-7

14

0.70x10-7

16

0.57x10-7

18

0.49x10-7

20

0.38x10-7

B. Análisis de descarga de un condensador 1. Dado que el valor de la capacitancia C lo muestra el programa al igual que la carga inicial q en la placa del condensador antes de hacer el proceso de descarga, utilice esos datos junto con un dato cualquiera de tiempo y carga tomados en su video de celular y reemplácelos en la ecuación: , y encuentre el valor de la resistencia R del bombillo.

R/ | 2. Realice el proceso anterior para otros tres diferentes datos de tiempo y carga, para obtener tres valores y calcular la resistencia promedio con su respectiva incertidumbre porcentual.

3. Utilice la ecuación: , en donde

q

= RC , para completar la tabla 4.

Tabla 4. Corriente en el proceso de descarga de un capacitor. Tiempo (s)

Corriente(uA)

0

0

1

-1.67x10^12

2

-3.34x10^12

3

-5.01x10^12

4

-6.68x10^12

5

-8.35x10^12

6

-1.00x10^12

7

-1.17x10^13

8

-1.33x10^13

9

-1.50x10^13

10

-1.67x10^13

12

-2.00x10^13

14

-2.34x10^13

FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA LABORATORIOS VIRTUALES 16

-2.67x10^13

18

-3.00x10^13

20

-3.34x10^13

V.

Conclusiones: al finalizar la práctica es comprendimos y entendimos los cambios de la corriente mediante trascurrir el tiempo y hacer una serie de pasos para disminuir esa misma, comprendimos como se comporta al descargarlos condensadores y como se halla la cargas requeridas para cada situación,

VI.

Bibliografía

[1]

C. Mendoza, “GUIAS DE LABORATORIO DE FÍSICA ELECTROMAGNETICA,” 2016.

[2]

https://www.geogebra.org/m/K7caNtb4

[3]

https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab-basics_es.html