Determinación experimental de la curva de carga de un capacitor

Consigna de la Práctica: Determinación experimental de la curva de carga de un capacitor
Objetivos
Realizar la comprobación experimental de la ley que cumple la carga de un capacitor, conectado a través de
una resistencia en serie con una fuente de tensión continua.
Introducción teórica
La carga (Q en Coulombs) acumulada en un capacitor, es directamente proporcional a la diferencia de
potencial (Vc en Volts) entre las placas del mismo, resultando:
Q = C Vc
donde C es una constante del capacitor, denominada capacidad, que se expresa en Faradios (en la práctica
se utiliza el microFaradio y el picoFaradio, que son submúltiplos del Faradio).
Cuando se conecta un capacitor (C) a una fuente de tensión constante (V) a través de una resistencia (R),
la tensión (Vc) entre las placas del capacitor aumenta a medida que éste se carga, de acuerdo con la
fórmula:
Vc = V ( 1 – e – (t / RC) ) (1)
donde t es el tiempo transcurrido, en segundos.
En la práctica, para realizar la medición de Vc será necesario colocar un voltímetro en paralelo con el
capacitor, por lo cual la ecuación anterior (1) se verá afectada por la presencia de la resistencia interna del
voltímetro, de la siguiente manera:
Vc = V (Rp / R) ( 1 – e – (t / RpC) ) (2)
donde Rp es la resistencia equivalente del paralelo entre la resistencia R y la resistencia interna del
voltímetro Rv, y se calcula según:
Rp = (R Rv) / (R + Rv)
Desarrollo de la experiencia
Parte a: Determinación de la resistencia interna (Rv) del voltímetro
1. Armar el circuito número 1.
2. Con el voltímetro en la escala de 20 Volts de continua (DCV), medir la tensión de la fuente (V) y la caída
de tensión en una de las resistencias del circuito (VR).
3. Determinar la resistencia interna (Rv) del voltímetro utilizando la ecuación:
Rv = (VR R) / (V – 2 VR) (3)
Parte b: Determinación de la curva de carga del capacitor
1. Armar el circuito número 2.
2. Conectar el voltímetro, en la escala de 20 Volts de continua, a los extremos del capacitor.
3. Con la llave S de la fuente abierta, verificar que el capacitor esté completamente descargado (el
voltímetro debe indicar 0 Volt).
4. Conectar la llave S de la fuente y registrar durante 200 segundos, a intervalos de 5 segundos, la tensión
Vc sobre el capacitor.
5. Graficar Vc vs. tiempo a partir de los datos experimentales y utilizando los valores teóricos que surgen de
la ecuación (2). Comparar ambas curvas en un mismo gráfico.
Desarrollo de la práctica:
Conclusiones y conocimientos adquiridos:
Luego de realizar la práctica propuesta y analizar los resultados se llegó a la conclusión de que un capacitor
es un elemento que puede almacenar energía en un campo electrico entre un par de conductores,
denominados "placas". El proceso de almacenar energía en el capacitor es conocido como "Carga". El
proceso inverso se lo conoce como "Descarga".
Ambos estados están relacionados con un cierto período de tiempo, el cual va indicando a medida que
avanza, la carga o descarga del capacitor. En los resultados práctica y en la grafica podremos observar que
a medida que tomamos intervalos crecientes de tiempo, es decir avanza el tiempo, la carga en el capacitor
va aumentando hasta llegar a cierto valor en donde deja de producirse este fenómeno.
Al valor tensión correspondiente en dicho punto lo llamaremos "Tensión de Equilibrio".
Durante la realización de la práctica contamos con la presencia de los profesores, los cuales estaban
atentos a diferentes consultas que realizabamos o exponiendo tips acerca del armado del circuito. Además
promovían el razonamiento de los sucesos registrados durante la realización de la experiencia y
comentaban sobre los estados y fenómenos anteriormente descriptos.
La experiencia arrojó un conjunto escencial de conocimientos para la compresión del funcionamiento de los
capacitores y logró concretar el acercamiento práctico a un conjunto de elementos y conceptos abstractos y
de cierto grado de dificultad.