Carga y Descarga de un Condensador
“Año de la consolidación del Mar de Grau”
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA !I!TEMA!
CARRERA
: ING. MECATRONICA MECATRONICA
CUR!"
: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
TEMA
: CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
PROFESOR
CATALAN SANCHEZ, Nolberto : CATALAN
INTEGRANTE!
: CASTILLO MAYTA, Alexander
CICL"
CARDENAS
, red!
CONTRERAS
, Ant"on!
COTILLO
, #"era$
: %I
TURN"
: LUNES&#UE%ES '():*+ a (:++-
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Carga y Descarga de un Condensador LABORATORIO N0 3
CARGA DE!CARGA DE UN C"NDEN!AD"R
I. LOGROS • •
Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador. Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al tiempo para un condensador
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS: CAPACITANCIA Y CONDENSADORES El condensador es un componente electrónico que después de los resistores es el más usado en electricidad y electrónica. Los condensadores son dispositivos que almacenan carga es decir almacenan energ!a eléctrica. El campo eléctrico en cualquier punto de la región entre los conductores es proporcional a la magnitud Q de carga en cada conductor. "or lo tanto la diferencia de potencial # Vab$ entre los conductores tam%ién es proporcional a Q. &i se duplica la magnitud de la carga en cada conductor tam%ién se duplican la densidad de carga en cada conductor y el campo eléctrico en cada punto al igual que la diferencia de potencial entre los conductores' sin em%argo la razón entre la carga y la diferencia de potencial no cam%ia. Esta razón se llama capacitancia C del capacitor:
La capacitancia C de un condensador depende de la geometr!a del dispositivo y del material que separa a los conductores llamado dieléctrico además la energ!a almacenada en el campo eléctrico creado entre las cargas cuando el condensador está cargado.
CAPACITOR CARGADO &e muestra un circuito RC simple en serie. &e supone que el capacitor de este circuito está inicialmente descargado. (o e)istirá corriente en tanto el interruptor esté a%ierto. (o o%stante si el interruptor se mueve *acia a en #t = 0), la carga comenzará a fluir esta%leciendo una corriente en el circuito y el capacitor comenzará a cargarse. Advierta que durante la carga las cargas no saltan de una placa a otra del capacitor porque el espacio entre las placas representa un circuito a%ierto. En vez de eso la carga se transfiere de una placa a otra y a sus alam%res de cone)ión gracias al campo eléctrico que la %ater!a esta%lece en los alam%res
Carga y Descarga de un Condensador *asta que el capacitor queda completamente cargado. +onforme las placas se cargan la diferencia de potencial aplicada al capacitor aumenta. El valor de la carga má)ima en las placas dependerá del voltaje de la %ater!a. ,na vez que se alcanza la carga má)ima la corriente en el circuito es igual a cero ya que la diferencia de potencial aplicada al capacitor es igual a la suministrada por la %ater!a.
Carga y Descarga de un Condensador La carga y la corriente del tiempo para un capacitor cargándose es:
&iendo I0 la corriente inicial y la
Qf la carga má)ima en el condensador cuando la corriente se vuelve nula.
CAPACITOR DESCARGADO Imagine que el capacitor en la figura está completamente cargado. A través del capacitor *ay una diferencia de potencial QC y *ay diferencia de potencial cero a través del resistor porque I = 0. &i el interruptor a*ora se mueve a la posición b en t = 0 el capacitor comienza a descargarse a través del resistor. La carga q y la corriente I disminuye con el tiempo:
F!"#$a % & ) . "roceso de descarga de un condensador. +uando se cierra *acia el punto b conmutador la carga en el condensador y la corriente disminuyen. -%servación: onde Q/ RC 0 I i es la corriente inicial. El signo negativo indica que conforme el capacitor se descarga la dirección de la corriente es opuesta a su dirección cuando el capacitor se esta%a cargando. La carga en el
Carga y Descarga de un Condensador capacitor como la corriente decaen e)ponencialmente a una cantidad caracterizada por la constante de tiempo t 0 RC .
1rafica
b) Gráfca de la carga del capacitor contra el tiempo a) Gráfca de la corriente contra el tiempo para un capacitor en proceso de carga
III. PARTE E'PERI(ENTAL a) (at$!a*+ E-#!/+: •
,na #23$ fuente eléctrica de 2 4 35 6 +.
•
,n #23$ volt!metro digital #&an7a$.
•
,n #23$ amper!metro digital #"rase8$.
•
&eis #29$ ca%les conductores # rojos y negros$.
•
,n #23$ condensador electrol!tico de ;<22 uf.
•
,n #23$ resistor de ;.< 8=
•
,n #23$ ta%lero proto%oard LE>?-L.
•
&iete #2<$ puentes de cone)ión.
•
,n #23$ interruptor de v!as LE>?-L #conmutador$.
para un capacitor en descarga
Carga y Descarga de un Condensador •
,n #23$ cronómetro.
b) P$/&!1!2t/+: Pa$t : Ca$"a #2 &/22+a/$ 3. Ajuste la fuente a una fem de 9 6 tomando como referencia la lectura que indica el volt!metro e instale el circuito tal como se muestra en la figura @ #tenga en cuenta la polaridad del condensador$ donde el interruptor de v!as está en el punto a . ecuerde que la cone)ión del amper!metro de%e ser una cone)ión en serie respecto al resistor.
epita los procedimientos desde 3 *asta para una fem de B 6.
F!"#$a 4. +ircuito + serie. #a$ "roceso de carga del condensador. #%$ &istema e)perimental.
5. Come lectura del amper!metro y volt!metro en intervalos de tiempo de 32 s desde el instante en que se activa el circuito #t02 s$ *asta que la tensión en el condensador sea apro)imadamente el valor de Ɛ y la corriente en el circuito sea apro)imadamente nula #t03;2 s$. egistre estos datos en la ta%la 3.
Pa$t 5: D+&a$"a #2 &/22+a/$ . "osicione D& en el punto % (t=0 s) como se muestra en la figura 9 y tome lectura del amper!metro y volt!metro en intervalos de tiempo de 32 s *asta que la tensión en el condensador y la corriente en el circuito sean apro)imadamente nulas (t=140 s$. egistre estos datos en la ta%la
;. epita los procedimientos desde 3 *asta para una fem
Ɛ
de B 6.
Carga y Descarga de un Condensador
&) A&t!6!a: 3.
&egFn los datos o%tenidos en la ta%la 3 para una fem de 9 y B 6 grafique e para el proceso de carga y descarga.
5.
&egFn los datos o%tenidos en el proceso de carga de la ta%la 3 para una fem la ta%la 5:
Ɛ
de 9 y B 6 registre en
5.3 El valor e)perimental de la carga almacenada en el condensador -7 en t0 3;2 s usando la ecuación #3$. 5.5 El valor referencial de la carga almacenada en el condensador #$.
-7 en t0 3;2 s usando la ecuación
5. Los valores e)perimentales y referenciales de la energ!a almacenada 8 en el condensador en en t0 3;2 s usando la ecuación #5$. 5.; El error relativo porcentual de la carga Erel1 carga del condensador.
y energ!a almacenada en el Erel! proceso de
IV. RES8LTADOS Los datos o%tenidos reg!strelo en la ta%la 3 y ta%la 5.
Tab*a . atos e)perimentales del proceso de carga y descarga de un condensador.
Carga y Descarga de un Condensador
atos teóricos: esistencia :;.<8= +ondensador: ;<22uf 02.22;
"63 0 @.H9voltios "6 50 <.H;voltios •
+alculando
#re$ = #$ (1%e& (%t'C))
#$1 = C"*1 = 2.22;<@.H9 #$1e+p1 = 0,0!-01!
Carga y Descarga de un Condensador
#re$1 = •
2.25B235) #3J eK #J 3;2/;<22)2.22;<$$
#re$1 =
0,0!./
#$! = C"*! = 2.22;<<.H; #$!e+p! = 0,0.1#re$! =
2.2<5) #3J eK #J 3;2/;<22)2.22;<$$
•
#re$! =
•
Calculando La 2nerg3a Ue+p=(#e+p,*)'!
2.2<5
Uexp1 = (0,0!-01!+,/)'! U exp1 = 0,0-4-
U exp2 = (0,0.!+.,/4)'! U exp2 = 0,14-1 •
Calculando La 2nerg3a U re$=(#re$,*)'!
Uref 1= (0,0!./+,/)'! Uref1 = 0,0-!/ Uref 2= (2.2<5)<.H;)'! Uref 2= 0,14.-/ •
Calculando el error Erel, () = ((# re$,5 #e+p,)'#e+p,) + 100
Erel1, () = ((0,0!./5 0,0!-01!,)' 0,0!-01!) + 100 Erel1, () = 0,!! Erel!, () = ((0,0.1-5 2.2<5)' 2.2<5) + 100 Erel!, () = %0,1- GRAFICAS DE LOS RESULTADOS 1 :
* 6s t (con una 7=6oltios)
Carga y Descarga de un Condensador
* 6s t (sin $uente8 solo capacitor)
9 6s t (con una 7= 6oltios)
Carga y Descarga de un Condensador
9 6s t (solo capacitor)
Carga y Descarga de un Condensador GRAFICAS DE LOS RESULTADOS 2 :
* 6s t (con una 7=- 6oltios)
* 6s t (sin $uente8 solo capacitor)
Carga y Descarga de un Condensador
9 6s t (con una 7= 6oltios)
9 6s t (solo capacitor)
Carga y Descarga de un Condensador
I(
REC"MENDACI"NE!
II(
C"NCLU!I"NE! •
Atraves de las grafica podemos afirmar que el capacitor se está cargando y la carga de él tam%ién va aumentando *asta llegar a su carga má)ima cuando llega a su carga má)ima el capacitor no permite que la corriente siga trascurriendo.
•
En la gráfica tam%ién la relación que *ay entre el tiempo #t$ con la carga del condensador #$ es una relación directa lo cual mientras mayor es el tiempo mayor es la carga que va a tener el condensador por otro lado la relación que tiene la descarga del condensador con respecto al tiempo es una relación inversa a medida que transcurre más tiempo la carga del condensador es menor.
•
-tro detalle importante es que la energ!a acumulada del capacitor transcurre por el circuito y pasa por la resistencia mientras ésta va disipando la carga que ten!a el capacitor *asta que ésta tienda a cero.
III(
)I)LI"GRAFIA
•
GUIA DE LA/ORATORIO N0 * Car1a ! de23ar1a de 4n 3onden2ador
,niversidad Cecnológica del "erF J ,C" •
&EA& MENA(&O> P!sica ,niversitaria con P!sica Noderna 6olumen 5 ecimosegunda Edición.
•
A>N-( A. &EQA> P!sica para ciencias e ingenier!a 6olumen 5 ;ptima edicioderna,
Carga y Descarga de un Condensador
