Experiencia 9

8/13/2019 Experiencia 9

1/39

UNIVERSIDAD AUTONOMA

DEL CARIBE

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL CARIBE

EXPERIENCIA # 9

CIRCUITO RC EN CORRIENTE DIRECTA

LABORATORIO DE FSICA III

GRUPO:

ED

INTEGRANTES:

ANDERSON PARRA

AILIN FORERO

ANDRES GOMEZ

PEDRO OSORIO

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

BARRANQUILLAATLNTICOABRIL DE 2013


2/39


DEL CARIBE

CONTENIDO

INTRODUCCIN

OBJETIVOS

MATERIALES

MARCO TERICO

EXPERIMENTOS

CUESTIONARIO

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFA


3/39


DEL CARIBE

INTRODUCCIN

El estudio de circuitos que contengas como elementos principales bateras,

resistores y capacitadores, es de mucha importancia para la formacin bsica de

este curso de laboratorio de electromagnetismo.

En el siguiente informe se presentara el funcionamiento y las combinaciones que

podemos realizar con los elementos anteriormente mencionados. La descarga y la

carga de condensadores ser tambin estudiada dentro de este informe, de igual

manera indagaremos acerca del comportamiento de todo el circuito durante el

proceso de carga y de descarga.

El trmino de corriente directa (CD) se define como una corriente con direccin

constante y es la principal caracterstica de este tipo de circuitos.


4/39


DEL CARIBE

OBJETIVOS

Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador en un circuito

RC observando el papel que desempea la resistencia y la capacitancia

utilizada.

Observar la grfica intensidad vs. Tiempo analizando el comportamiento

exponencial tanto del proceso de carga como del proceso de descarga.

Llevar a cabo el circuito utilizando el sensor Cassy para la medicin de

voltaje y amperaje del circuito RC.


5/39


DEL CARIBE

MATERIALES

Para la siguiente experiencia se necesit los siguientes materiales:

Sensor Cassy

Adaptador de corriente

Cables USB

Software Cassy-lab

Tablero de conexin

Interruptor

conmutador

Resistencia de 47 k

Resistencia de 10 k Condensador de 47 F

Condensador de 470 F

Bloques de conexin (10)

Fuente de poder

Cables rojos (3)

Cables azules (3)


6/39


DEL CARIBE

MARCO TERICO

CAPACITADORES

Enelectromagnetismo y electrnica,la capacitanciao capacidad elctricaes lapropiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga elctrica. Lacapacitancia tambin es una medida de la cantidad de energa elctrica almacenadapara un potencial elctrico dado. El dispositivo ms comn que almacena energade esta forma es el condensador.La relacin entre la diferencia de potencial (otensin) existente entre las placas del condensador y lacarga elctrica almacenadaen ste, se describe mediante la siguiente ecuacin:

Dnde: C es la capacidad, medida en faradios (enhonor al fsico experimental Michael Faraday); estaunidad es relativamente grande y suelen utilizarsesubmltiplos como el microfaradio o picofaradio,

es la carga elctrica almacenada, medidaen culombios; es la diferencia de potencial (otensin), medida envoltios.

Cabe destacar que la capacidad es siempre unacantidad positiva y que depende de la geometra delcondensador considerado (de placas paralelas,cilndrico, esfrico). Otro factor del que depende esdeldielctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuantomayor sea laconstante dielctrica del material no conductor introducido, mayor esla capacidad.

La energa almacenada en un condensador, medida en julios, es igualal trabajo realizado para cargarlo. Consideremos un condensador con una

capacidad C, con una carga +q en una placa y -q en la otra. Para mover unapequea cantidad de carga desde una placa hacia la otra en sentido contrario ala diferencia de potencial se debe realizar un trabajo :

W es el trabajo realizado, medido enjulios;q es la carga, medida encoulombios;C es la capacitancia, medida enfaradios.
http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_diel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Joule_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Constante_diel%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Michael_Faradayhttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo


7/39


DEL CARIBE

Es decir, para cargar un condensador hay que realizar un trabajo y parte de estetrabajo queda almacenado en forma de energa potencial electrosttica. Se puedecalcular la energa almacenada en un condensador integrando esta ecuacin. Si secomienza con un condensador descargado (q = 0) y se mueven cargas desde unade las placas hacia la otra hasta que adquieran cargas +Q y -Q respectivamente, sedebe realizar un trabajo W:

Combinando esta expresin con la ecuacin de arriba para la capacidad,obtenemos:

W es la energa, medida enjulios;C es la capacidad, medida enfaradios;V es ladiferencia de potencial, medido en voltios; Q es la carga almacenada, medidaencoulombios.

LA CORRIENTE DIRECTA (CD)

Tambin llamadacorriente continua (CC) es aquella cuyas cargas elctricas o electronesfluyen siempre en el mismo sentido en un circuito elctrico cerrado, movindose del polo

negativo hacia el polo positivo de una fuente de fuerza electromotriz (FEM), tal comoocurre en las bateras, las dinamos o en cualquier otra fuentegeneradora de ese tipo de corriente elctrica. Es importanteconocer que ni las bateras, ni los generadores, ni ningn otrodispositivo similar crea cargas elctricas pues, de hecho,todos los elementos conocidos en la naturaleza lascontienen, pero para establecer el flujo en forma de corrienteelctrica es necesario ponerlas en movimiento

Las cargas elctricas se pueden comparar con el lquidocontenido en la tubera de una instalacin hidrulica. Si lafuncin de una bomba hidrulica es poner en movimiento ellquido contenido en una tubera, la funcin de la tensin ovoltaje que proporciona la fuente de fuerza electromotriz(FEM) es, precisamente, bombear o poner en movimiento lascargas contenidas en el cable conductor del circuito elctrico.Los elementos o materiales que mejor permiten el flujo decargas elctricas son los metales y reciben el nombre deconductores.
http://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)http://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Culombiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Voltioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Faradiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)


8/39


DEL CARIBE

Como se habr podido comprender, sin una tensin o voltaje ejerciendo presin sobre lascargas elctricas no puede haber flujo de corriente elctrica. Por esa ntima relacin queexiste entre el voltaje y la corriente generalmente en los grficos de corriente directa, loque se representa por medio de los ejes de coordenadas es el valor de la tensin o voltajeque suministra la fuente de FEM

La coordenada horizontal x representa el tiempo que la corriente se mantiene fluyendopor circuito elctrico y la coordenada vertical ycorresponde al valor de la tensin o voltaje quesuministra la fuente de FEM (en este caso unapila) y se aplica circuito. La representacin grficadel voltaje estar dada entonces por una lnearecta horizontal continua, siempre que el valor dela tensin o voltaje se mantenga constantedurante todo el tiempo.

Normalmente cuando una pila se encuentra completamente cargada suministra unaFEM, tensin o voltaje de 1,5 volt. Si representamos grficamente el valor de esatensin o voltaje durante el tiempo que la corriente se mantiene fluyendo por elcircuito cerrado, obtenemos una lnea recta.

Si despus hacemos girar la pila invirtiendo su posicin y representamos de nuevoel valor de la tensin o voltaje, el resultado sera el mismo, porque en ambos casosla corriente que suministra la fuente de FEM sigue siendo directa o continua. Lonico que ha cambiado es el sentido del flujo de corriente en el circuito, provocadopor el cambio de posicin de la pila, aunque en ambos casos el sentido de

circulacin de la corriente seguir siendo siempre del polo negativo al positivo


9/39


DEL CARIBE

DESCRIPCIN DE LA EXPERIENCIA

Primera parte: Arme el circuito de corriente directa, como el que se muestra en lafigura 4; recuerde que debe tener la fuente y el software apagado, para tener buenosresultados, seguidamente verifique que el condensador este descargado, para estofrote los terminales del condensado con los terminales de un puente de conexin,recuerde que este se descargara por contacto

Figura 4. Circuito utilizado en la experiencia

PARA MEDIR EL VOLTAJE: se activa en sensor CASSY, se hace clic sobre el canal(INPUT B) del sensor. Luego se escoge el rangoapropiado en el cuadro de dialogo parmetrosde medicin, para la medicin que se vaya allevar a cabo. Recuerde que esta medicinsiempre se lleva a cabo en el paralelo; observeque aparece en la configuracin de entrada del

sensor la magnitud de la tensin para un rangode hasta 30 Voltios. Para este experimento seescoge el rango de hasta 30 Volteos con el ceroa la izquierda. Observe que cambian el color delas terminales en el canal B que inicialmenteestaban de color negro, a azul y rojo. El

programa automticamente le abrir unaventana donde se puede observar en la figura 5.


10/39


DEL CARIBE

PARA MEDIR EL INTENSIDAD DE CORRIENTE:O amperaje se debe activar enel canal A (INPUT A) del sensor CASSY con un clic. Aparece por defecto activadala tensin en el cuadro deconfiguracin; ahora se escoge lamagnitud corriente y observe quecambia de color la terminal roja queaparece en el ampermetro, El

programa automticamente le abriruna ventana donde se puede observarlo siguiente:

Ahora escoja el rango de medicin de

amperaje hasta 0.1 A y coloque el ceroa la izquierda.

Como este es un circuito de corriente constante, se escoge registro manual con elbotn visualizar parmetros de medicionesseguidamente se da clic sobre la

pestaa parmetro /form ulas y se empieza a digitar los siguientes parmetros,constantes o formulas:

Seguidamente se inicia la medicin con el botn del cronometro o F9simultneamente con el pulsador del conmutador para la carga. Se detiene lamedicin manualmente cuando se halla alcanzado el voltaje de la fuente(aproximadamente 10 V). Luego se lleva a cabo el proceso de descarga haciendoel procedimiento simultneamente F9 y el pulsador del conmutador para ladescarga. Se detiene la medicin manualmente cuando se halla alcanzado el voltaje

igual a 0. Seguidamente se lleva a cabo el proceso de carga y descarga para lassiguientes combinaciones:

1. C = 470 F ; R = 47 k2. C = 470 F ; R = 10 k3. C = 47 F ; R = 47 k

Llvese en medio magntico las grficas obtenida por el software.

Magnitud Tipo Valor Smbolo Unidad Desde Hasta Decimales

Resistencia () Parmetro 10000 R &W 0 47000 1

Capacitancia (F) parmetro 470E-6 C F 0 470E-6 6

Tao Formula R*C &t s 0 30 2

e Constante 2.718281 e 0 2,718281 6

Voltaje (V) Constante 10 V V V 0 10 1

Intensidad terica (I) Formula V/R*(e^(-t/&t)) It A 0 0,001 6


11/39


DEL CARIBE

RESULTADOS

PRIMERA COMBINACION CONDENSADOR DE 470F Y RESISTENCIA DE 47K PROCESO DE CARGA

1. Grfica y datos de Voltaje vs Tiempo


12/39


DEL CARIBE

2. Grfica y datos de intensidad medida vs tiempo


13/39


DEL CARIBE

3. Grfica y datos Intensidad teorica vs Tiempo


14/39


DEL CARIBE

4. Grfica y datos de Carga vs Tiempo.


15/39


DEL CARIBE

PRIMERA COMBINACION CONDENSADOR DE 470F Y RESISTENCIA DE 47

K

PROCESO DE DESCARGA.



16/39


DEL CARIBE

2. Grfica y datos de Intensidad medida vs Tiempo


17/39


DEL CARIBE

3. Grfica y datos de Intensidad terica vs Tiempo


18/39


DEL CARIBE

4. Grfica y datos de Carga vs Tiempo


19/39


DEL CARIBE

SEGUNDA COMBINACION CONDENSADOR DE 47F Y RESISTENCIA DE 10K PROCESO DE CARGA.



20/39


DEL CARIBE



21/39


DEL CARIBE



22/39


DEL CARIBE



23/39


DEL CARIBE

SEGUNDA COMBINACION CONDENSADOR DE 47F Y RESISTENCIA DE 10K PROCESO DE DESCARGA.



24/39


DEL CARIBE



25/39


DEL CARIBE



26/39


DEL CARIBE



27/39


DEL CARIBE

TERCERA COMBINACION CONDENSADOR DE 47F Y RESISTENCIA DE 47

K

PROCESO DE CARGA



28/39


DEL CARIBE



29/39


DEL CARIBE

3. Grfica y datos Intensidad terica vs Tiempo


30/39


DEL CARIBE



31/39


DEL CARIBE

TERCERA COMBINACION CONDENSADOR DE 47F Y RESISTENCIA DE 47

K

PROCESO DE DESCARGA.



32/39


DEL CARIBE



33/39


DEL CARIBE



34/39


DEL CARIBE



35/39


DEL CARIBE

EVALUACIN

OBSERVACIONES:

a- Cmo es el proceso d e carga vs t iempo al inic io y al f inal del proceso?

En el proceso de carga, sin importar la combinacin de condensadoresresistores que tengamos en el circuito se comporta de la siguiente manera,la carga aumenta proporcionalmente con el tiempo hasta llegar alcanzar los10 voltios aproximadamente, despus de alcanzar ese punto mximo lagrfica no muestra que la carga es inversamente proporcional al tiempo hastallegar que la carga toma el valor aproximadamente de cero (0), sin ser cero.

b- Cmo es el proc eso de descarga vs t iemp o al inic io y al f inal delproceso?

Para el proceso de descarga el tiempo depende de la combinacin deresistores y condensadores que estuvisemos utilizando y la grfica secomportaba inversamente proporcional al tiempo.

c- Considere usted que los pro cesos de carga y descarga en un circui toRC son p rocesos exponenciales. Just i f ique su repuesta.

Pudimos observar en todas las grficas se obtienen por procesos

exponenciales, al momento de la carga la grfica nos mostraba que despusque el voltaje llegaba a 10 voltios (xn), esta se comportaba inversamenteproporcional al tiempo, es decir nos mostraba una grfica de formaexponencial; mientras que para el proceso de descarga, desde el inicio hastael final la grfica se comportaba como una funcin exponencial. (n/x)

Responda las siguientes preguntas

1- a) Quefecto tiene la resistenc ia sob re el proc eso de carga y desc argade un cond ensador?

La funcin principal de las resistencias es obstaculizar el paso de la corrientedentro de un circuito, es decir que sin importar el proceso que se est dandode carga o de descarga la capacidad de la resistencia va a determinar en eltiempo de carga o descarga de un condensador.


36/39


DEL CARIBE

b) Quinflu encia tiene una capacitan cia meno r sob re el proceso decarga?

La capacitancia la conocemos como la capacidad que tienen loscondensadores para almacenar una carga o energa, esta capacidad quetenga estos condensadores va hacer el factor determinante al momento deque carga puede acumular, dentro de un circuito el tiempo de carga de uncondensador va influir en la capacidad del condensador y a su vez de laresistencia con que cuente el circuito.

2- Por qula tensin (voltaje) del condens ador aum enta muy lent amenteen el lt imo period o de la carga?

Porque el proceso de carga est llegando a su final y, cuando se carga uncapacitor deja de circular corriente a travs de todo el circuito, es decir secomporta como un circuito abierto.

3- Por qula cor rien te de carga alcan za su mxim o valo r al inicio d e suproc eso de carga?

Porque el capacitor se encuentra descargado, no ha iniciado su proceso decarga.

4- Defina que es un co ndensado r, y cuantos t ipos d e condensador esexisten. De dos ejemplos de apl icacin de los con densadores

Condensador: Es un dispositivo pasivo, utilizadoen electricidad y electrnica, capaz de almacenar energa sustentandoun campo elctrico. Est formado por un par de superficies conductoras,generalmente en forma de lminas o placas, en situacin de influenciatotal (esto es, que todas las lneas de campo elctrico que parten de una vana parar a la otra) separadas por un material dielctrico o por el vaco. Lasplacas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren unadeterminada carga elctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra,

siendo nula la variacin de carga total.Aunque desde el punto de vista fsico un condensador no almacena cargani corriente elctrica, sino simplemente energa mecnica latente; al serintroducido en un circuito se comporta en la prctica como capaz dealmacenar la energa elctrica que recibe durante la carga, a la vez que lacede de igual forma durante la descarga.


37/39


DEL CARIBE

Clases de condensadores:

1. Electrolticos: Tienen el dielctrico formado por papel impregnado enelectrolito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1F.

2. Electrolticos de Tntalo o de gota:Emplean como dielctrico unafinsima pelcula de xido de tantalio amorfo, que con un menosespesor tiene un poder aislante mucho mayor. Tienen polaridad y unacapacidad superior a 1F. Su forma de gota les da muchas veces ese

nombre.3. De polister metalizado MKT: Suelen tener capacidades inferiores a

1F y tensiones de trabajo a partir de 63V. Su estructura estcompuesta de dos lminas de policarbonato recubierto por un depsitometlico que se bobinan juntas.

Aplicaciones de los condensadores: Los condensadores tienen muchasaplicaciones. Como su capacidad depende de la seccin entre las placas, sepueden construir condensadores de capacidad variable, como los utilizadosen los mandos de sintonizacin de un aparato de radio tradicional. En estosaparatos, al girar el mando, se vara la superficie efectiva entre placas, conlo que se ajusta su capacidad y, en consecuencia, se sintoniza unafrecuencia de una emisora.

5- Qudif erenc ia exis te entre un co nd ens ado r y una batera? Expl iqu e.

La diferencia que existe es que los condensadores almacenan energaelctrica y las bateras la generan. Los condensadores almacenan energapotencial elctrica, campo elctrico, carga elctrica mientras que las baterasalmacenan energa potencial qumica, adems la energa no se obtiene deun condensador, si no que este la almacena mientras que la batera es unafuente de energa. El capacitor constituye un componente pasivo que, adiferencia de la batera, se carga de forma instantnea en cuanto la

conectamos a una fuente de energa elctrica, pero no la retiene por muchotiempo. Su descarga se produce tambin de forma instantnea cuando seencuentra conectado en un circuito elctrico o electrnico energizado concorriente. Una vez que se encuentra cargado, si ste no se emplea deinmediato se auto descarga en unos pocos minutos. En resumen, la funcinde un capacitor es almacenar cargas elctricas de forma instantnea yliberarla de la misma forma en el preciso momento que se requiera.


38/39


DEL CARIBE

CONCLUSIONES

Por medio de esta experiencia podemos observar el comportamiento de

carga y descarga de un condensador, de igual manera vimos el papel que

tiene una resistencia en un circuito RC.

La carga de un condensador va a depender de la capacidad de la resistenciaque se encuentre en el circuito, su proceso de carga es directamente

proporcional al tiempo hasta llegar al punto de que el condensador este

cargado.

El proceso de descarga es inversamente proporcional al tiempo, este proceso

lo podemos representar mediante frmulas exponenciales, y el tiempo de

descarga tambin va estar determinado por la resistencia que se tenga en el

circuito.

Podemos definir claramente condensadores su funcionamiento igual que el

de la resistencia.


39/39


DEL CARIBE

BIBLIOGRAFA

Serway 7 edicin, Volumen 2

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistividadycondensadores

http://didactica.fisica.uson.mx/tablas/capacitancia.htm

Manual de Laboratorio de Fsica III, Fsica Elctrica, Universidad Autnoma

del Caribe

Experiencia 9

Documents

Transcript of Experiencia 9