Carga y descarga de un condensador

Introducción:
En palabras simples un circuito eléctrico es el camino por el cual fluye la corriente eléctrica, la cual sale de
una fuente de poder, pasa a través de resistencias condensadores, diodos, o cualquier elemento que contenga
el circuito y regresa al punto de partida. De otra forma, un circuito eléctrico esta compuesto por dos
importantes implementos, una fuente de poder (Fem.), y elementos que ocupan la energía eléctrica.
En nuestro caso de hoy utilizaremos un condensador, elemento del cual a continuación lo explicaremos y
analizaremos brevemente.
El condensador es un dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador está
formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al
conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa.
La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos
metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a
un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de
potencial determinado.
Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan.
Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en
circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse
que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad
fija y capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y
otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir
resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.
Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el
vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo.
En nuestro experimento veremos y analizaremos los siguientes comportamientos:
• Veremos como se comporta la corriente eléctrica con un condensador en distintos intervalos de tiempo.
Observaremos como se comporta el condensador cuando se carga y se descarga a y desde un voltaje
determinado por una fuente de poder
• Lo que se puede determinar sobre los aspectos teóricos es que para poder realizar este experimento tuvimos
que utilizar las leyes de Kirchhoff, las cuales enuncian que:
♦ Las sumas de las corrientes que entran a cualquier unión deben ser iguales a las sumas de las
corrientes que salen de esa unión
♦ La suma algebraica de los cambios de potencial a través de todos los elementos alrededor de
cualquier lazo de circuitos cerrados debe ser igual a cero.
Objetivos:
• Encontrar la relación existente entre la carga del condensador y la descarga del condensador con
respecto al tiempo, el comportamiento que experimenta el condensador con respecto a la carga y
descarga de voltaje durante el tiempo.
• Encontrar la relación matemática existente entre el tiempo transcurrido con respecto a la carga y con
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respecto a la descarga de un condensador
• La relación existente que hay entre la carga y la descarga de un condensador
Procedimientos:
Bosquejo del experimento:
Para el siguiente experimento se utilizo una placa para poder armar circuitos, la cual estaba constituida por
pequeños orificios unidos entre si por una placa metálica que iba por debajo de esta, en estos orificios se
insertaban los elementos y conductores para que la corriente pudiera fluir.
También a la placa le conectamos una fuente de poder (la cual cargaría a el condensador), una resistencia de
33 kilo Ohms y 0.25 W, y un condensador de 100 micro F y 25 Volts.
La fuente de poder entregaba una cantidad de energía constante.
Para medir los tiempos ocupábamos un computador el cual nos iba dando la suma de los tiempos.
Para poder medir cuanto se había cargado o descargado el condensador se utilizo un voltímetro, el cual
marcaba los diferentes voltajes que presentaba el condensador, ya sea cargando o descargando.
Métodos de Medición:
Para medir las variaciones de Voltaje que experimentaba el condensador se tomo intervalos irregulares cuales
quiera, y en cada intervalo de tiempo o cada vez que se tomaba el tiempo (ya sea durante la carga o la
descarga) se anotaba el voltaje que presentaba el voltímetro, este procedimiento se cumplió desde que se
iniciaba la carga (ese era el instante t=0), hasta que se cargaba completamente. Para el caso de la descarga, se
tomaba como t=0 cuando el condensador estaba cargado completamente y se desconectaba de la fuente de
poder, hasta que el condensador quedaba totalmente descargado.
Instrumentos de Medición:
Para este caso se utilizaron principalmente los siguientes elementos:
−Computador
−Voltímetro
−Placa para poder hacer el circuito
−Fuente de poder
−Condensador
−Resistencia
Debido a la importancia del voltímetro explicaremos brevemente que es:
Es un dispositivo que mide diferencias de potencial, la diferencia de potencial entre dos puntos cualquiera
puede medirse uniendo simplemente los terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el circuito, el
terminal positivo a la parte donde el potencial es mas alto y la parte negativa donde el potencial es mas bajo,
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de hacerlo al revés, se obtendrá mediciones de diferencia de potencial negativo. Un voltímetro ideal tiene
resistencia infinita de manera que no circule corriente a través de él
Además también utilizamos una fuente de poder, la cual es un instrumento que nos permite hacer variar el
voltaje, de acuerdo al voltaje que uno necesite para poder trabajar.
Aparte de los datos entregados por el computador, otra forma de calcular k o alfa es de la forma teórica, la
cual dice lo siguiente:
K= 1/R*C, con RC= 1/k (constante de tiempo t)
En forma teórica esto quedaría:
RC=33*10^3(Ohms)*1000*10^−6 F
33000*10^−3 (Ohms*F)
33 (Ohms * F)
t= 33 segundos (Valor teórico de t)
Conclusión:
A través del siguiente trabajo nos pudimos dar cuenta sobre ciertas cosas, por ejemplo que la relación que hay
entre el tiempo con la carga del condensador, es un tipo de 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 indirecta, a medida que transcurre mas tiempo, la carga
del condensador es menor.
Por otro lado el tiempo de carga del condensador hasta llegar a su máximo o cuando comienza a aumentar en
forma mínima es mayor que el tiempo que el condensador emplea en descargarse hasta que se quede sin
carga.
Los valores de la constante de tiempo t, el valor que esta tendría que tomar en forma teórica con los valores
del condensador y de la resistencia difiere del valor que se tomo en la forma practica, esto se debe a que se
pudieron presentarse algún tipo de falla durante la medición del tiempo o del voltaje, por fallas o valores con
cierto margen de error de la fuente de poder, el condensador, la resistencia, o el voltímetro, o por razones que
simplemente no pudieron se identificadas.
Con respecto a los gráficos en el de descarga se puede ver que en el inicio de las mediciones las diferencias de
voltaje de descarga eran mayores con respecto a los intervalos de descarga finales, la diferencia de voltaje
mientras avanza el tiempo, disminuyen los intervalos de descarga. Lo que nos lleva a tener una curva
logarítmica.
Con respecto a la carga del condensador en el inicio, la diferencia de carga de un intervalo de voltaje es mayor
mientras avanza el tiempo a que cuando nos acercamos al limite de la carga máxima del condensador, lo que
nos lleva a tener una curva con forma exponencial, o logarítmica, pero con el signo contrario.
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