PRACTICA DE LABORATORIO N 6

CURSO:LABORATORIO DE FISICA IIIDOCENTE:TIRADO MENDOZA, Gabriel AugustoTEMA :CARGA DE CONDENSADORESESCUELA:INGENIERIA MECATRONICACICLO: IVTURNO:MAANAHORARIO:VIERNES 14:40 16:20 horas

FECHA DEREALIZACION:Viernes, 07 de marzo de 2014

FECHA DEENTREGA:Viernes, 14 de marzo de 2014

LABORATORIO N 6 CARGA DE CONDENSADORES1. OBJETIVO: Ejecucin de pruebas para verificar el estado operativo de condensadores. Estudiar la caracterstica de carga de un condensador. Estudiar la variacin del voltaje y corriente durante dicho proceso.

2. EQUIPOS Y MATERIALES: Una Fuente variable de 0 12 voltios DC Un Ampermetro Digital. Un Multmetro Digital. Un Condensador electroltico de 470 F. Dos Resistencias de 10 K. Dos Resistencias de 4.7 K. Un Tablero de Conexiones. Seis Puentes Conectores. Un interruptor de 3 vas.

3. FUNDAMENTO TERICO:Uncondensador(eningls,capacitor, nombre por el cual se le conoce frecuentemente en el mbito de laelectrnicay otras ramas de lafsica aplicada), es un dispositivopasivo, utilizado enelectricidadyelectrnica, capaz de almacenarenerga sustentando uncampo elctrico. Est formado por un par de superficiesconductoras, generalmente en forma de lminas oplacas, en situacin deinfluencia total(esto es, que todas laslneas de campoelctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un materialdielctricoo por elvaco. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinadacarga elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variacin de carga total.

Varios tipos de condensadoresSmbolo electrnico

CapacitanciaLa carga almacenada en una de las placas es proporcional a la diferencia de potencial entre esta placa y la otra, siendo la constante de proporcionalidad la llamadacapacidad o capacitancia. En elSistema internacional de unidadesse mide en Faradios (F), siendo 1faradiola capacidad de un condensador en el que, sometidas sus armaduras a unad.d.p.de 1voltio, estas adquieren una carga elctrica de 1culombio.El valor de la capacidad de un condensador viene definido por la siguiente frmula:

En donde:: Capacitancia o capacidad: Carga elctrica almacenada en la placa 1.: Diferencia de potencial entre la placa 1 y la 2.

Carga y descargaAl conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a travs de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circular en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.Carga

Descarga

Donde: V (t) es la tensin en el condensador. Vies la tensin o diferencia de potencial elctrico inicial (t=0) entre las placas del condensador. Vfes la tensin o diferencia de potencial elctrico final (a rgimen estacionario t>=4RC) entre las placas del condensador. I (t) la intensidad de corriente que circula por el circuito. RCes la capacitancia del condensador en faradios multiplicada por la resistencia del circuito en Ohmios, llamadaconstante de tiempo.

4. PROCEDIMIENTO:Voltaje durante la carga del condensadorCuidado! Antes de encender la fuente DC, para energizar los diferentes circuitos, verifique que la perilla izquierda (regulador de voltaje) se encuentre en cero.1. Arme el circuito de la figura N4. Regule la salida a 6 V DC y tome nota de la corriente. Use el multmetro Digital como ampermetro A.

Figura N4: Circuito en serie

2. Conecte el condensador en el circuito anterior segn la figura N 5 Tenga presente la polaridad del condensador para evitar destruirlo. Deje suelto el cable.

Figura N5: Circuito para la Carga del Condensador3. Conecte el cable conector al punto B y observe el voltmetro. Mida el tiempo en el que la tensin en el condensador es mxima (tiempo de carga). 4. Retire el cable conector del punto B.5. Repita los pasos anteriores para diferentes voltajes (4, y 12 Voltios) registre para cada caso la variacin del voltaje en el condensador con el tiempo. Utilice el multmetro digital para facilitar sus lecturas. Tome datos segn el cuadro modelo.Tabla N1: Carga de un CondensadorPara 4 V:t (s)051015202530354045505560

V (v)00.300.540.770.981.201.371.541.701.841.992.102.23

Para 6 V:

t (s)051015202530354045505560

V (v)00.400.741.121.401.721.992.252.502.692.903.093.24

Para 12 V:t (s)051015202530354045505560

V (v)00.740.522.082.763.333.774.084.254.394.504.594.67

Corriente durante la carga del condensadorCuidado! Antes de encender la fuente DC, para energizar los diferentes circuitos, verifique que la perilla izquierda (regulador de voltaje) se encuentre en cero.

6. Arme el circuito de la figura N6. Deje sin conectar el cable conector.

Figura N6: Medida de la Corriente en la Carga de un Condensador7. Conecte el cable al punto B. Tome nota del tiempo de carga.8. Repita el paso anterior 10 para diferentes voltajes (4, y 12 Voltios) utilizando el ampermetro digital para facilitar la lectura. Registre en el cuadro modelo, la variacin de la corriente con el tiempo.Tabla N2: Carga de un CondensadorPara 4 V:t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.270.260.240.230.210.200.190.180.170.150.140.130.13

Para 6 V:t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.460.440.410.380.360.330.310.290.270.260.240.220.21

Para 12 V:t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.920.870.820.760.710.670.640.600.580.570.560.550.55

9. Ponga el voltaje en cero y desactive la fuente.

5. CUESTIONARIO:1. Proceso de carga del condensador:Carga del condensador:El circuito tiene conectado en serie la resistencia el condensador (circuito RC) y la fuente de corriente continua, en el circular una corriente que cargar el condensador (Ver Figura N 1)

a) Anlisis del circuitoAplicando la segunda ley de Kirchoff en la malla: Tambin sabemos que el voltaje en un condensador viene dado por: Reemplazando para el circuito dado la ecuacin ser: El rgimen a que se deposita la carga en ste vara con el tiempo; es mximo en el instante en que el circuito es conectado (t = 0), o sea cuando entre la fuente y el condensador existe una mxima diferencia de potencial, y cero despus de transcurrir un tiempo tericamente infinito (t = ) que es cuando los potenciales de la fuente y de las placas son iguales. Como el rgimen de movimiento de las cargas (coulomb por segundo) es lo que constituye la corriente, (i = Q/t ) resulta evidente que la corriente de carga ser mxima en el instante en que el circuito recibe la alimentacin de la fuente, y nula despus de haber sido cargado el condensador; la corriente es en efecto, igual a V/R para t = 0 y cero para t = . Considerando de otra manera, esto significa que un condensador acta como un cortocircuito para t = 0 y como un circuito abierto para t = La ecuacin de la corriente que circula se halla a travs de la ecuacin: ; 2. Grficos voltaje (V) vs (t) e intensidad (I) vs (t)

Corriente para 4 V = 0.27 A

t (s)051015202530354045505560

V (v)00.300.540.770.981.201.371.541.701.841.992.102.23

t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.270.260.240.230.210.200.190.180.170.150.140.130.13

Corriente para 6 V = 0.41 At (s)051015202530354045505560

V (v)00.400.741.121.401.721.992.252.502.692.903.093.24

t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.460.440.410.380.360.330.310.290.270.260.240.220.21

Corriente para 12 V = 0.83 At (s)051015202530354045505560

V (v)00.740.522.082.763.333.774.084.254.394.504.594.67

t (s)051015202530354045505560

I(mA)0.920.870.820.760.710.670.640.600.580.570.560.550.55

El valor de la constante RC para todos los casos es 0.01. Independiente del valor de corriente que se tome este permanece constante para un mismo condensador.3. Es de uso comn asumir un valor de t = 6RC para una carga o descarga completa de un condensador coincide esto medido con los tiempos medidos durante la experiencia.De la ecuacin reemplazando el valor de t: Por lo tanto es correcto tomar ese valor, ya que durante ese tiempo ya ha realizado una carga el condensador.4. Plantear las ecuaciones de corriente y voltaje en el condensador durante el proceso de recarga, comparar los valores tericos con los valores medidos. Corriente: Voltaje: 5. Cul es el valor de la corriente al inicio de la carga del condensador?

La corriente al inicio de la carga del condensador es la misma que entrega la fuente al encenderlo.

Se tiene: para t =0

6. Qu sucedera si con el valor de la constante RC si colocramos otro condensador de igual capacidad en paralelo y si colocamos en serie?

La constante cambiara de acuerdo a la conexin del siguiente condensador. En el caso que el segundo condensador sea colocado en paralelo el capacitor equivalente ser la suma algebraica de ambos capacitores; entonces se tiene: En el caso que el segundo condensador sea conectado en serie con el primero se tendr que la inversa del condensador equivalente ser la suma de las inversas de ambos condensadores. 7. Si en ese mismo circuito se coloca un condensador de doble de capacidad. cual estima que sera el valor inicial de la corriente de carga?Para un condensador de doble de capacidad la constante de tiempo cambiara en valor, entonces la ecuacin para la corriente de carga ser: Al encender el circuito, la corriente inicial de carga se tomara para un t = 0, reemplazando este valor en la ecuacin: Por lo tanto la corriente es la misma; lo que da a entender al aumentar la capacidad el tiempo de carga aumentara, mas la corriente inicial ser la misma. 8. Entre que limites puede variar la capacidad total de un sistema de dos condensadores variables, si la capacidad de cada uno de ellos puede variar de 10 hasta 450 F.La capacidad total va a depender de 2 factores, el valor de cada condensador y la disposicin de estos.Para una distribucin en serie se tiene: ; Entonces: Para una distribucin en paralelo se tiene: 9. Un condensador de 20 F se carga hasta que el voltaje entre sus terminales sea de 100 V. Halle la energa almacenada en dicho condensador.La energa almacenada en un condensador viene dado por la siguiente frmula: Para el enunciado reemplazamos los valores: 5. OBSERVACIONES:- Las mediciones no son del todo exactas ya que hay un error del observador al medir los tiempos y el valor del voltaje y corriente en los instrumentos.- El condensador aun sigue cargando despus de realizar todas las mediciones si este aun sigue recibiendo corriente de la fuente de energa.- Inmediatamente despus de desconectar la fuente el condensador empieza descargar.- La carga del condensador es lenta mientras ms tiempo transcurre.Para descargar el condensador rpidamente se hace un cortocircuito entre sus terminales.

6. CONCLUSIONES:- Mediante las mediciones y tablas elaboradas en el experimento se determino el comportamiento de carga de un condensador, este suceso se reflejo en los grficos calculados que se asemejan al comportamiento terico.