FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. AUTORES Edwin Leonardo Pérez Cantor.

Código: 153192

Matheo López Pachón

Código: 234619

Andrés Julián Buitrago Lamy

Código: 234603

Juan David Tole

Código: 234646

__________________________________________________________________ PRÁCTICA DE LABORATORIO.

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR. RESUMEN El desarrollo de la práctica de laboratorio sobre carga y descarga de un condensador se hizo con el fin de identificar de qué manera va aumentando el voltaje en la medida que transcurre el tiempo cuando cargamos un condensador, de igual manera como es la variación cuando es sometido a un proceso de descarga. A partir de los datos experimentales plantear lagunas gráficas y contrastar estos resultados con lo propuesto desde la teoría.

Para ello se acudió a algunos instrumentos propios de este campo, como son: condensadores, resistencias, fuente, voltímetro, y un cronómetro, elementos con los que hicimos el montaje de un circuito sobre el que se hizo la toma de datos.

OBJETIVO GENERAL Identificar las propiedades y características de los condensadores eléctricos. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:  Conocer el proceso de carga y descarga de un condensador a través de una resistencia.

 Hacer mediciones de voltaje en lapsos de tiempo para contrastar resultados con la teoría.  Reconocer por medio de gráficas cual es la variación del voltaje a través del tiempo.

INTRODUCCIÓN En el siguiente laboratorio estudiamos y analizamos el tema de capacitancia. Tomando como temas iniciales diferencia de voltaje y corriente en circuito en serie llegamos a lograr cargar un condensador, de esta manera hacer un análisis experimental y teórico del tiempo de carga de un condensador, como también el tiempo de descarga de este. Para de esta forma llega a comparar datos y analizar el valor de capacitancia para un tiempo determinado, bajo un control experimental. MARCO TEÓRICO RESISTENCIA ELECTRICA Es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierto grado al paso de la corriente eléctrica. En función del valor de esta propiedad, los materiales se clasifican en conductores, semiconductores o aislantes: Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos podemos nombrar a los metales. Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores. Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio... Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos. Resistencia La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (l), de su sección (s) y del material con el que está fabricado, mediante la siguiente expresión:

Donde: R = resistencia. r = resistividad. L = longitud. s = Sección.

CAPACITANCIA ELECTRICA La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores. Esta propiedad rige la relación existente entre la diferencia de potencial existente entre las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en este mediante la siguiente ecuación: c=Q/V

Donde: •C es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio. •Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios. •V es la diferencia de potencial, medida en voltios. Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del capacitor considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad. LA CAPACITANCIA EN EL SI En el Sistema Internacional de Unidades la capacitancia es el farad (F), y es definido por el volt (V) y el coulomb (C), que a su vez está definido por el segundo (s) y el ampere (A). 1f=1C/1V=(1A*1s)/1V TIPOS DE CAPACITORES Existen capacitores comerciales de diferentes tipos y son clasificados, por su tipo de dieléctrico, y en función de este se derivan algunas variedades de ellos con distintas características, valor, tolerancia, tensión máxima y temperatura máxima de operación.

MEDICIÓN DE CAPACITANCIA En la actualidad, en los equipos de medición de capacitancia solamente requiere de conectar el dispositivo bajo medición entre sus terminales y apretar un botón para que la lectura aparezca en un indicador, aunque también existen equipos de tipo analógico que requieren además manipular algunas perillas y visualizar una pequeña aguja dentro de una escala graduada para llevar a balance un circuito puente y realizar la lectura en base a multiplicadores y escalas limitadas en resolución.

ASPECTOS EXPERIMENTALES Instrumentos utilizados: Para el desarrollo de ésta práctica de laboratorio se utilizaron los siguientes materiales:  Fuente de corriente.  Voltímetro digital.  Resistencias, RESISTENCIA R1

   

Franja 1 Rojo

Franja 2 Rojo

Franja 3 Rojo

Franja 4 VALOR(ῼ) Valor max 5% 2200 2310

Valor min 2090

Condensadores. Cronómetro. Cables de conexión. Plaqueta de conexiones.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ESPECIAL:

Condensador:

Un condensador es un dispositivo que puede almacenar carga eléctrica, y que consiste en dos superficies conductoras colocadas una cerca de la otra, pero sin tocarse. Así 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 condensadores poseen ciertas características

material dieléctrico.

Los

 Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios, nanofaradios o picofaradios.  Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse y 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.

CIRCUITO RC:

Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia, un condensador y una fuente que alimenta. Este circuito se caracteriza porque la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es por eso que se utiliza una resistencia.

PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS.

La práctica de laboratorio se desarrolló en dos partes, en la primera se enfatizó en el montaje del circuito con la resistencia y el condensador, además de identificar cómo varía el voltaje en el tiempo cuando el condensador se carga, en la segunda parte se realizó la toma de datos para el proceso de descarga del condensador. Primera parte: Lo primero que se realizó es montaje del circuito RC, conservando la polaridad del condensador. Con el condensador descargado se conectó y con ayuda del voltímetro y un cronómetro se hizo la toma de datos de voltaje y tiempo en segundos, variando la frecuencia de la toma, por ejemplo 2, 5, 10, 20 y 40 segundos.

A continuación se muestra los datos capturados, al utilizar una resistencia de 2200Ώ,y esperamos a que cargue con el 63% (7.56 V) de la caída de potencial de la fuente, y luego tomamos el tiempo de descarga.

CONDENSADOR 1 (PLATEADO) Tiempo(s) 0 2 4 6 8 10 15 20 25 30 35 40 45

Voltaje(V) 0 0,04 0,16 0,16 0,21 0,28 0,41 0,55 0,68 0,83 0,95 1,07 1,2

Tiempo (s) 50 55 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 240

Voltaje(V) 1,31 1,43 1,54 1,77 1,99 2,21 2,41 2,8 3,15 3,49 3,79 4,08 4,6

Tiempo (s) 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 76 774

Voltaje (V) 5,05 5,44 5,78 6,08 6,33 6,56 6,76 6,93 7,09 7,22 7,34 7,44 7,53 7,56

Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer la captura de datos. Así obtuvimos:

De lo anterior identificamos que el comportamiento de la gráfica es asintótico.

Segunda parte:

En la segunda parte la tarea es hacer la captura de los datos cuando sometemos en condensador al proceso de descarga:

A continuación se muestra los datos capturados Tiempo (s) 814 854 894 934 984 1014 1054 1094 1134 1174 1214 1254 1294

Voltaje (V) 6,84 5,68 4,94 4,3 3,74 3,26 2,83 2,48 2,16 1,88 1,64 1,44 1,25

1334 1616

1,05 0

La gráfica que se obtuvo fue la siguiente:

Donde vemos que es asintótico al eje x, y que decrece rápidamente en los primeros segundos, luego ya es más lento. CONDENSADOR 2 (AZUL) Primera parte: Capturamos los datos en la siguiente tabla Tiempo (s) Voltaje (V) 0 0 2 0,07 4 0,12 6 0,19 8 0,24 10 0,3 15 0,44 20 0,68 25 0,72

30 35 40 45 50 55 200 400 600 750 800

0,85 0,97 1,11 1,24 1,36 1,49 3,61 6,03 7,19 7,47 7,56

Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer la captura de datos. Así obtuvimos:

Segunda parte: En la segunda parte la tarea es hacer la captura de los datos cuando sometemos en condensador al proceso de descarga: Tiempo 800 850 900 950 1000

Voltaje 7,56 5,56 4,1 3,4 2,6

1100 1150 1200 1300 1400 1450 1470 1500 1700

1,8 1,3 1,05 0,7 0,3 0,21 0,16 0,08 0

Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer la captura de datos. Así obtuvimos:

ANÁLISIS DE RESULTADOS.

CONCLUSIONES

 Al cargar un condensador identificamos que en los primeros segundos adquiere carga rápidamente, sin embargo cuando adquiere una carga superior al 63% de la fuente va ganando carga pero de una manera muy lenta, esto se ve reflejado en la gráfica y por ello es el comportamiento asintótico que se evidencia.  Al descargar un condensador vemos que en los primeros segundos se descarga rápidamente, sin embargo pasado un tiempo la pérdida es más lenta.  Al variar la resistencia identificamos que en la medida que la resistencia es más grande el tiempo de carga es mayor que cuando se utiliza una resistencia más pequeña. Porque es más fácil que fluya la corriente al condensador.  Los condensadores tienen una gran utilidad en tanto que permiten almacenar carga y energía

BIBLIOGRAFÍA  SEARS, FW; Zemansky M.; Young M; Facedman R.: Física Universitaria  

Vol II. Undecima Edición. 2004 SERWAY- JEWETT, Física para Ingenieros , Tomo II, edición 5 ROLLER DUANE E. Electricidad, Magnetismo y óptica, editorial reverte, 1990

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http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.3.ht ml



http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0184/Tema2/2.5.1.htm