FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO. AUTORES

FUNDAMENTOS DE ELECTRICIDAD Y
MAGNETISMO.
AUTORES
Edwin Leonardo Pérez Cantor.
Código: 153192
Matheo López Pachón
Código: 234619
Andrés Julián Buitrago Lamy
Código: 234603
Juan David Tole
Código: 234646
__________________________________________________________________
PRÁCTICA DE LABORATORIO.
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR.
RESUMEN
El desarrollo de la práctica de laboratorio sobre carga y descarga de un
condensador se hizo con el fin de identificar de qué manera va aumentando el
voltaje en la medida que transcurre el tiempo cuando cargamos un condensador,
de igual manera como es la variación cuando es sometido a un proceso de
descarga. A partir de los datos experimentales plantear lagunas gráficas y
contrastar estos resultados con lo propuesto desde la teoría.
Para ello se acudió a algunos instrumentos propios de este campo, como son:
condensadores, resistencias, fuente, voltímetro, y un cronómetro, elementos con
los que hicimos el montaje de un circuito sobre el que se hizo la toma de datos.
OBJETIVO GENERAL
Identificar las propiedades y características de los condensadores eléctricos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
 Conocer el proceso de carga y descarga de un condensador a través de
una resistencia.
 Hacer mediciones de voltaje en lapsos de tiempo para contrastar resultados
con la teoría.
 Reconocer por medio de gráficas cual es la variación del voltaje a través del
tiempo.
INTRODUCCIÓN
En el siguiente laboratorio estudiamos y analizamos el tema de capacitancia.
Tomando como temas iniciales diferencia de voltaje y corriente en circuito en serie
llegamos a lograr cargar un condensador, de esta manera hacer un análisis
experimental y teórico del tiempo de carga de un condensador, como también el
tiempo de descarga de este. Para de esta forma llega a comparar datos y analizar
el valor de capacitancia para un tiempo determinado, bajo un control experimental.
MARCO TEÓRICO
RESISTENCIA ELECTRICA
Es la propiedad que tienen los cuerpos de oponerse en cierto grado al paso de la
corriente eléctrica. En función del valor de esta propiedad, los materiales se
clasifican en conductores, semiconductores o aislantes:
Conductores: Son los elementos que presentan una oposición muy
pequeña al paso de los electrones a través de ellos; es decir, presentan una
resistencia eléctrica muy baja. Como ejemplo de buenos conductores eléctricos
podemos nombrar a los metales.
Semiconductores: Son un grupo de elementos, o compuestos, que tienen la
particularidad de que bajo ciertas condiciones, se comportan como conductores.
Cuando estas condiciones no se dan, se comportan como aislantes. Como
ejemplo podemos nombrar al germanio, al silicio, al arseniuro de galio...
Aislantes: Son los materiales o elementos que no permiten el paso de los
electrones a través de ellos. Como ejemplo podemos nombrar a los plásticos.
Resistencia
La resistencia de un conductor depende de la longitud del mismo (l), de su sección
(s) y del material con el que está fabricado, mediante la siguiente expresión:
Donde: R = resistencia. r = resistividad. L = longitud. s = Sección.
CAPACITANCIA ELECTRICA
La capacidad o capacitancia es una propiedad de los condensadores. Esta
propiedad rige la relación existente entre la diferencia de potencial existente entre
las placas del capacitor y la carga eléctrica almacenada en este mediante la
siguiente ecuación:
c=Q/V
Donde:
•C es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael
Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos
como el microfaradio o picofaradio.
•Q es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios.
•V es la diferencia de potencial, medida en voltios.
Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende
de la geometría del capacitor considerado (de placas paralelas, cilíndrico,
esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre
las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del
material no conductor introducido, mayor es la capacidad.
LA CAPACITANCIA EN EL SI
En el Sistema Internacional de Unidades la capacitancia es el farad (F), y es
definido por el volt (V) y el coulomb (C), que a su vez está definido por el segundo
(s) y el ampere (A).
1f=1C/1V=(1A*1s)/1V
TIPOS DE CAPACITORES
Existen capacitores comerciales de diferentes tipos y son clasificados, por
su tipo de dieléctrico, y en función de este se derivan algunas variedades de ellos
con distintas características, valor, tolerancia, tensión máxima y temperatura
máxima de operación.
MEDICIÓN DE CAPACITANCIA
En la actualidad, en los equipos de medición de capacitancia solamente requiere
de conectar el dispositivo bajo medición entre sus terminales y apretar un botón
para que la lectura aparezca en un indicador, aunque también existen equipos de
tipo analógico que requieren además manipular algunas perillas y visualizar una
pequeña aguja dentro de una escala graduada para llevar a balance un circuito
puente y realizar la lectura en base a multiplicadores y escalas limitadas en
resolución.
ASPECTOS EXPERIMENTALES
Instrumentos utilizados:
Para el desarrollo de ésta práctica de laboratorio se utilizaron los siguientes
materiales:
 Fuente de corriente.
 Voltímetro digital.
 Resistencias,
RESISTENCIA
R1




Franja 1
Rojo
Franja 2
Rojo
Franja 3
Rojo
Franja
4
VALOR(ῼ) Valor max
5%
2200
2310
Valor min
2090
Condensadores.
Cronómetro.
Cables de conexión.
Plaqueta de conexiones.
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ESPECIAL:
Condensador:
Un condensador es un dispositivo que puede almacenar carga eléctrica, y que
consiste en dos superficies conductoras colocadas una cerca de la otra, pero sin
tocarse.
Así un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de
campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas
(generalmente de aluminio) separadas por un
condensadores poseen ciertas características
material dieléctrico.
Los
 Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande
que se suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como microfaradios,
nanofaradios o picofaradios.
 Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un
condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté
fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse y
explotar.
 Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que
puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad
indicada sobre su cuerpo.
 Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad
superior a 1 µF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión
prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los
inferiores a 1µF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los
que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.
CIRCUITO RC:
Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia, un
condensador y una fuente que alimenta. Este circuito se caracteriza porque la
corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el
condensador está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el
condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito. Debido
al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es
por eso que se utiliza una resistencia.
PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS.
La práctica de laboratorio se desarrolló en dos partes, en la primera se enfatizó en
el montaje del circuito con la resistencia y el condensador, además de identificar
cómo varía el voltaje en el tiempo cuando el condensador se carga, en la segunda
parte se realizó la toma de datos para el proceso de descarga del condensador.
Primera parte:
Lo primero que se realizó es montaje del circuito RC, conservando la polaridad del
condensador. Con el condensador descargado se conectó y con ayuda del
voltímetro y un cronómetro se hizo la toma de datos de voltaje y tiempo en
segundos, variando la frecuencia de la toma, por ejemplo 2, 5, 10, 20 y 40
segundos.
A continuación se muestra los datos capturados, al utilizar una resistencia de
2200Ώ,y esperamos a que cargue con el 63% (7.56 V) de la caída de potencial de
la fuente, y luego tomamos el tiempo de descarga.
CONDENSADOR 1 (PLATEADO)
Tiempo(s)
0
2
4
6
8
10
15
20
25
30
35
40
45
Voltaje(V)
0
0,04
0,16
0,16
0,21
0,28
0,41
0,55
0,68
0,83
0,95
1,07
1,2
Tiempo (s)
50
55
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
240
Voltaje(V)
1,31
1,43
1,54
1,77
1,99
2,21
2,41
2,8
3,15
3,49
3,79
4,08
4,6
Tiempo (s)
280
320
360
400
440
480
520
560
600
640
680
720
76
774
Voltaje (V)
5,05
5,44
5,78
6,08
6,33
6,56
6,76
6,93
7,09
7,22
7,34
7,44
7,53
7,56
Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que
sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer
la captura de datos. Así obtuvimos:
De lo anterior identificamos que el comportamiento de la gráfica es asintótico.
Segunda parte:
En la segunda parte la tarea es hacer la captura de los datos cuando sometemos
en condensador al proceso de descarga:
A continuación se muestra los datos capturados
Tiempo (s)
814
854
894
934
984
1014
1054
1094
1134
1174
1214
1254
1294
Voltaje (V)
6,84
5,68
4,94
4,3
3,74
3,26
2,83
2,48
2,16
1,88
1,64
1,44
1,25
1334
1616
1,05
0
La gráfica que se obtuvo fue la siguiente:
Donde vemos que es asintótico al eje x, y que decrece rápidamente en los
primeros segundos, luego ya es más lento.
CONDENSADOR 2 (AZUL)
Primera parte:
Capturamos los datos en la siguiente tabla
Tiempo (s) Voltaje (V)
0
0
2
0,07
4
0,12
6
0,19
8
0,24
10
0,3
15
0,44
20
0,68
25
0,72
30
35
40
45
50
55
200
400
600
750
800
0,85
0,97
1,11
1,24
1,36
1,49
3,61
6,03
7,19
7,47
7,56
Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que
sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer
la captura de datos. Así obtuvimos:
Segunda parte:
En la segunda parte la tarea es hacer la captura de los datos cuando sometemos
en condensador al proceso de descarga:
Tiempo
800
850
900
950
1000
Voltaje
7,56
5,56
4,1
3,4
2,6
1100
1150
1200
1300
1400
1450
1470
1500
1700
1,8
1,3
1,05
0,7
0,3
0,21
0,16
0,08
0
Los anteriores datos los graficamos, y trazamos la línea continua, puesto que
sabemos que el tiempo es continuo a pesar que lo discretizamos para poder hacer
la captura de datos. Así obtuvimos:
ANÁLISIS DE RESULTADOS.
CONCLUSIONES
 Al cargar un condensador identificamos que en los primeros segundos
adquiere carga rápidamente, sin embargo cuando adquiere una carga
superior al 63% de la fuente va ganando carga pero de una manera muy
lenta, esto se ve reflejado en la gráfica y por ello es el comportamiento
asintótico que se evidencia.
 Al descargar un condensador vemos que en los primeros segundos se
descarga rápidamente, sin embargo pasado un tiempo la pérdida es más
lenta.
 Al variar la resistencia identificamos que en la medida que la resistencia es
más grande el tiempo de carga es mayor que cuando se utiliza una
resistencia más pequeña. Porque es más fácil que fluya la corriente al
condensador.
 Los condensadores tienen una gran utilidad en tanto que permiten
almacenar carga y energía
BIBLIOGRAFÍA
 SEARS, FW; Zemansky M.; Young M; Facedman R.: Física Universitaria


Vol II. Undecima Edición. 2004
SERWAY- JEWETT, Física para Ingenieros , Tomo II,
edición 5
ROLLER DUANE E. Electricidad, Magnetismo
y
óptica, editorial reverte, 1990

http://www.planetaelectronico.com/cursillo/tema2/tema2.3.ht
ml

http://thales.cica.es/cadiz2/ecoweb/ed0184/Tema2/2.5.1.htm