CIRCUITOS RC
Iván Narváez, Orlando Santos, Yeilis Velásquez, Miguel Morales, Francisco Racedo Universidad del Atlántico, Facultad de Ingeniería, laboratorio de física III
Resumen
En esta experiencia se estudiarán los circuitos R- C principalmente se analizará el procedimiento de carga y descarga de un capacitor, donde el factor tiempo es muy importante en este análisis. En el simple acto de cargar o descargar un capacitor se encuentra una situación en la que las corrientes, los voltajes y las potencias sí cambian con el tiempo, esta primera variación de voltaje se observará que depende de su capacitancia y la corriente corriente del circuito. Muchos dispositivos importantes incorporan circuitos en los que un capacitor se carga y descarga alternativamente. Palabras clave Capacitancia, resistencia, circuito R-C, corriente, voltaje, tiempo. Abstract In this experience will study the R- C mainly analyze the procedure of charging and discharging of a capacitor, where the time factor is very important in this analysis. In the simple act of loading or unloading a capacitor is a situation in which the currents, voltages and powers if they change with time, this first variation of voltage is observed that depends on the capacitance and the current in the circuit. Many important devices incorporate circuits in which a capacitor is loading and unloa ding alternately. Keywords Capacitance, Resistance, R-C circuit, current, voltage, time. Introducción Fundamento teórico Los circuitos que contienen fuentes de fem y Muchos de los circuitos normalmente contienen resistores. La corriente en estos circuitos no varía con fuentes de fem y resistores. La corriente en estos el tiempo. Pero los circuitos que contienen circuitos no varía con el tiempo. Sin embargo cuando capacitores así como fuentes de fem y resistores. contienen capacitores, así como fuentes de fem y Estos circuitos, denominados circuitos RC, tienen resistores; estos circuitos, se denominan circuitos corrientes que varían con el tiempo. Por lo tanto, el RC, y tienen corrientes que varían con el tiempo [3]. producto RC es una medida de la rapidez con que se Los capacitores son dispositivos que almacena carga el capacitor [1]. El término RC recibe el energía potencial eléctrica y carga eléctrica, para nombre de constante de tiempo, o tiempo de luego liberarla rápidamente [2]. Las operaciones de relajación, del circuito, y se denota por (constante circuitos RC más simples son la carga y descarga de de tiempo para un circuito R-C).Cuando es un capacitor. pequeña, el capacitor se carga con rapidez; rapidez; cuando es grande, el proceso de carga toma más tiempo. Si la resistencia es pequeña, es fácil que fluya la corriente y el capacitor se carga rápido. [2] Objetivo Estudiar la evolución temporal y el comportamiento de un circuito RC de forma práctica.
Para la carga de un capacitor en un circuito, inicialmente este se encuentra descargado. Cuando se conecta una fuente la carga comenzará a fluir, estableciendo una corriente en el circuito, y el capacitor comenzará a cargarse [1]. Conforme el capacitor se carga, la diferencia de potencial aplicada a este aumenta [1]. El valor de la carga máxima en el
capacitor dependerá del voltaje de la batería. Una vez que se alcanza la carga máxima, 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 batería [1]. Cuando se habla de carga de un capacitor cabe mencionar la constante de tiempo () , que es el producto de la resistencia (R) y la capacitancia (C).
Resultados y discusión Carga de un capacitor En la tabla 1 y grafico 1 se muestran los valores que se obtuvieron en el proceso de carga del capacitor. Tabla1: voltajes obtenidos mediante la carga del capacitor con respecto al tiempo
tiempo(s)
voltaje(v) 0
0
10
0,53
20
3,88
Por lo tanto, el producto RC es una medida de la rapidez con que se carga el capacitor [2]. Cuando es pequeña, el capacitor se carga con rapidez; cuan do es grande, el proceso de carga toma más tiempo [2]. Si la resistencia es pequeña, es fácil que fluya la corriente y el capacitor se carga rápido. Si R está en ohms y C en farad, está en segundos [2].
30
6,07
40
6,61
50
6,87
60
7,03
70
7,04
80
7,47
90
7,01
Por otro lado para la descarga de un capacitor, se retira la batería del circuito RC y se unen los extremos de los dos alambres de conexión al circuito provocando un corto circuito. Luego, el capacitor comienza descargase, disminuyendo su carga hasta finalmente tender a cero.
100
6,86
110
7,34
120
7,41
130
7,39
140
7,37
150
7,4
160
7,37
170
7,67
180
7,64
190
7,63
200
7,62
210
7,67
220
7,6
230
7,68
240
7,59
250
7,59
260
7,59
270
7,57
280
7,57
290
7,56
280
7,56
290
7,55
300
7,54
310
7,53
320
7,53
330
7,53
340
7,52
350
7,53
=
(1)
Metodología
Inicialmente se realiza el montaje mostrado en la figura 1. Para ello se emplea una resistencia de 110 kΩ, un capacitor de una capacitancia de 100mF y una fuente de 9 V. Posterior a esto se procede a calcular la constante de tiempo y seguidamente se comienza a tomar las mediciones del voltaje del capacitor para la carga y descarga de este con respecto al tiempo, teniendo en cuenta la constante de tiempo.
Figura 1. Montaje del circuito
Tabla2:voltajes obtenidos mediante la descarga del capacitor con respecto al tiempo
voltaje vs tiempo 9
tiempo(s)
8
voltaje(v) 0
6,88
10
6,34
20
5,77
30
5,25
3
40
4,8
2
50
4,46
1
60
4,09
70
3,15
80
3,44
90
3,16
100
2,93
110
2,67
120
2,49
130
2,28
140
2,08
150
1,98
160
1,77
170
1,65
180
1,68
190
1,56
200
1,44
210
1,32
220
1,23
230
1,13
240
1,04
2
250
0,98
1
260
0,92
270
0,85
280
0,76
290
0,73
280
0,7
290
0,66
300
0,61
310
0,56
7 6
) v ( e 5 j a t l 4 o v
0 0
100
200
300
400
tiempo(s)
Grafico1: voltaje vs tiempo, durante el proceso de carga de un capacitor
Descarga de un capacitor En la tabla 2 y grafico 2 se muestran los valores obtenidos en el proceso de descarga del capacitor
Voltaje Vs Tiempo 8 7 6 ) 5 V ( e j a 4 t l o v 3
0 0
100
200
300
400
tiempo(s)
Grafico2: voltaje vs tiempo, durante el proceso de descarga de un capacitor
Conclusion
Se puede observar en el grafico 1 que al cabo de cierto tiempo, más exactamente 5 veces τ,( el cual fue aproximadamente 110 segundos) el voltaje se hace constante y que en el proceso de descarga, en la gráfica 2, desde el primer momento que se desconecta la fuente de energía el voltaje empieza a disminuir de forma polinómica, con lo anterior, concluimos que el tiempo de carga y descarga de un capacitor depende intensidad de corriente eléctrica que circula por nuestro circuito. Además, también concluimos que a medida que el capacitor se carga, como su voltaje y carga tienden a mantenerse constantes, llegara un momento donde su corriente sea muy cercana a cero. También se puede observar que el voltaje de la fuente no afecta al tiempo de carga del capacitor, ya que a este le afecta es la corriente que circula en él.
Anexos
Referencias [1] SERWAY Raymond, JEWET John. Física para ciencias e ingeniería con Física Moderna. 7edición. Cengage Learning Editores. Volumen 2. 153pag157pag.
[2] YOUNG Hugh, FREEDMAN Roger. Física universitaria con física moderna. 12 edición. Pearson educación, México, volumen 2.896 pag899pag. [3] BAUER Wolfgang, WESTFALL Gary D. física para ingeniería y ciencias, con física moderna. McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. volumen 2. 774, 775, 849 Pag.
