LABORATORIO DE FISICA II “OSCILACIONES DE PENDULOSIMPLE”
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FISICA II “CIRCUITOS EN”RC” LABORATORIO DE FÍSICA 93G PROFESOR: -
Richard bellido Quispe
INTEGRANTES:
Maria espinosa
LABORATORIO DE FISICA II “OSCILACIONES DE PENDULOSIMPLE”
Bellavista – Callao 2018
ÍNDICE INTRODUCCION................................ ................................ ............. 3 OBJETIVOS .................................................................................... 4 FUNDAMENTO TEORICO ................................ .............................. 5 MATERIALES Y EQUIPOS DE LABORATORIO ............................. 8 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................ ................ 11 CONCLUSIONES............................... ................................ ........... 27 RECOMENDACIONES............................ ................................ ...... 28 BIBLIOGRAFIA.............................. ................................ ................ 29
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I.
INTRODUCCION:
En la experiencia se realizó un análisis de un circuito compuesto por un resistor y un capacitor llamado RC, con el fin de determinar la forma como el capacitor varía su diferencia de potencial, el comportamiento y los diversos fenómenos físicos que ocurren en este tipo de circuitos, entre los cuales se destacará el proceso de carga y descarga de un capacitor, buscando analizar el tiempo que gasta este en llegar a la mitad de su voltaje máximo, además del tiempo de descarga total y la constante de tiempo de dicho capacitor, este proceso será mostrado mediante graficas obtenidas de manera experimental. Importantes para la interpretación de los resultados y cálculos obtenidos en la experiencia. Las importantes aplicaciones que presenta un capacitor se aprecian al estudiar el circuito RC, las enormes diversidades de aplicaciones se basan todos en los mismos principios, una carga y una descarga del capacitor regulada en el tiempo por la acción conjunta del resistor y el capacitor. La constante de tiempo de un circuito RC se encuentra multiplicando la resistencia en ohmios y el capacitor en faradios y el resultado en segundos.
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II.
OBJETIVOS
- Estudiar experimentalmente el comportamiento de la corriente en el circuito RC. - Determinar el tiempo de relax en el proceso de carga y descarga de un circuito RC. - Determinar el valor de una capacitancia desconocida.
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III. FUNDAMENTO TEORICO: III.1.- CORRIENTE ELÉCTRICA La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético
III.2.-RESISTENCIA ELÉCTRICA: Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad de oposición que tienen los electrones al moverse a través de un conductor. La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico
alemán Georg Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre. Para un conductor de tipo cable, la resistencia está dada por la siguiente fórmula:
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Donde ρ es el coeficiente de proporcionalidad o la resistividad del material, es la longitud del cable y S el área de la sección transversal del mismo.
III.3.-LEY DE OHM: La resistencia de un material puede definirse como la razón entre la diferencia de potencial eléctrico y la corriente en que atraviesa dicha resistencia, así:1
Donde R es la resistencia en ohmios, V es la diferencia de potencial en voltios e I es la intensidad de corriente en amperios. También puede decirse que "la intensidad de la corriente que pasa por un conductor es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a su resistencia" III.4.-LEYES DE KIRCHHOFF:
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Las leyes de Kirchhoff son dos igualdades que se basan en la conservación de la energía y la carga en los circuitos eléctricos. Fueron descritas por primera vez en 1845 por Gustav Kirchhoff. a) En cualquier nodo, la suma de las corrientes que entran en ese nodo es igual a la suma de las corrientes que salen. De forma equivalente, la suma de todas las corrientes que pasan por el nodo es igual a cero
III.5.-CONDENSADORES CONECTADOS EN PARALELO: a.- La carga total es igual a la suma de las cargas de cada condensador. b.-La diferencia de potencial es la misma en cada uno de los condensadores. Es posible sustituir el conjunto de condensadores por uno solo, sabemos que:
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Y así para Q1, Q2 y Q3.:
Es decir, al colocar los condensadores en paralelos, su capacidad aumenta.
III.6.-CONDENSADORES CONECTADOS EN SERIE: a.-La carga de los condensadores es la misma para cada uno de los condensadores que intervienen en la conexión.
b.-El voltaje V, aplicado a los capacitores conectados, se divide de manera que se cumple:
Podemos obtener un condensador equivalente aplicando las dos 9
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para V1, V2 y V3:
III.6.-CIRCUITO RC cargando un condensador:
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0= + Donde
es el voltaje de la fuente, luego: =+ = + =
Integrando en sus respectivos límites:
1 ∫ = ∫ = (ln( )ln) Dividiendo entre C
= −⁄ = ln = − =
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La constante de tiempo es igual al tiempo necesario para que la carga del condensador aumente hasta una fracción de su valor inicial.
=0.369
Obtención de la ecuación del proceso de carga mediante el ajuste por una recta
= Y =
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m X+B
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IV.
MATERIALES Y EQUIPOS:
RESISTENCIA DE 20K
CAPACITOR DE 4700µF
FUENTE DE PODER
MULTIMETRO
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CABLES DE CONEXION
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V.
PARTE EXPERIMENTAL:
V.1.-TIEMPO & CORRIENTE DE CARGA 1. calibre la fuente de poder para que la fem sus bornes sea 15v luego apague la fuente. 2. Arme el circuito de la figura 1, verifique que la polaridad de las conexiones sea la adecuada, consulte al profesor. 3. Encienda la fuente y simultáneamente active el cronometro. En seguida tome lectura de la máxima deflexión de la aguja en el amperímetro y del tiempo para este valor de corriente. Anote los datos en la tabla 1. 4. Mida el tiempo transcurrido para los siguientes valores de corriente que se observa en el amperímetro, anote los datos en la tabla 1. 5. Continúe hasta completar la tabla 1. Luego sin apagar la fuente de poder desconecte la fuente de circuito.
V.2.- TIEMPO & CORRIENTE DE DESCARGA 1. Una vez desconectado la fuente, invierta la conexión del capacitor. Antes de conectarla resistencia y el capacitor prepare el cronometro. 2. Al terminar la conexión simultáneamente accione el cronometro y tome lectura del tiempo y de la máxima deflexión de la guja del amperímetro. Anote los valores en la tabla 2. 3. Continúe las mediciones del tiempo y deflexión o disminución de la corriente hasta completar la tabla 2.
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V.3.-resultados:
Del primer experimento obtuvimos la siguiente tabla:
T(s) I(mA)
0 0.64
60 0.38
120 0.26
180 0.20
240 0.15
300 0.12
Por consiguiente, esta grafica de la corriente de carga vs el tiempo: RC (carga) 0.7 0.6 0.5
) A0.4 m ( I 0.3 0.2 0.1 0 0
50
100
150
200
tiempo (s)
16
250
300
350
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Del segundo experimento obtuvimos la siguiente tabla:
T(s) I(mA)
0 0.52
30 0.39
60 0.29
90 0.22
120 0.16
150 0.12
Por consiguiente, esta grafica de la corriente de descarga vs el tiempo: RC (descarga) 0.6 0.5 0.4
) A m0.3 ( I 0.2 0.1 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
tiempo (s)
V.4.-discusión:
De la primera grafica se observa que a medida que el tiempo aumenta la corriente de carga disminuye, formando una curva de pendiente negativa, esta relación tiene una formula exponencial:
De la segunda grafica se observa una gráfica parecida a la primera, pero con la relación del tiempo con la corriente de
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descarga, la corriente disminuye exponencialmente con el tiempo. Se observa que tanto la intensidad de la corriente de carga como la de descarga son prácticamente iguales, su diferencia radica en el signo negativo debido a que ambas corrientes son de sentidos contrarios.
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VI.
CUESTIONARIO:
2. Graficar en papel semilogarítmico: la corriente I(mA) en el eje Y, el tiempo t(s) en el eje X usando los datos de la tabla 1 y la tabla 2. Escriba como leyenda la relación matemática entre las dos cantidades. Tabla I t (s)
I (mA ) 0.64 0.38 0.26 0.2 0.15 0.12
0 60 120 180 240 300
Series1 1 0
50
100
150
200
) A m ( I
0.1
t (s)
19
250
300
350
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Tabla II
t (s)
I (mA ) 0.52 0.39 0.29 0.22 0.16 0.12
0 30 60 90 120 150
Series1 1 0
20
40
60
80
100
120
140
160
) A m ( I
0.1
t (s)
5- Calcule la energía máxima que puede almacenar el capacitor. Con los datos experimentales halle la energía almacenada en el capacitor. Calcule la diferencia.
= .. 20
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La energía máxima que almacena es cuando .. es 1:
. =
DIFERENCIA ENTRE ENERGIAS:
. . = .. . . = .. ∆=.
7- Demuestre que la potencia consumida en la resistencia durante el tiempo de relax esta dado por: P = 2V 2 /(e.R). Halle este valor.
Luego:
− . = .
−.. 2 2 = 2 = 2 − = .. − . . = ..=..
Reemplazamos y obtenemos:
=
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VIII.-BIBLIOGRAFIA:
Serway, Raymond A. Física. Tomo I, Cuarta edición. Ed. Mc. Graw Hill.
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Rodríguez, Luis Alfredo. Guías de Laboratorio para Física
II. Pontificia Universidad Javeriana, Facultad de Ingeniería.
Alonso, M. Finn, E, Física, Addison Wesley Iberoamericana, Madrid, 1992.
Coordinación Física II, Guía Introducción de Laboratorio: Sistema Masa – Resorte. UAO, Cali, 2014.
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