CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA CIRCUITOS CAPACITIVOS EN SERIE Y PARALELO Ohmímetro- Voltímetro Juan Carlos Imitola -Leonardo Olarte-Thalía Pinedo – Wendy Villanueva. Profesor Jaime Márquez. Grupo CN2 – – Mesa 3. 08-05-2013 Laboratorio de Física de Campos, Campos, Universidad de la Costa, Barranquilla.
EST
MT
C L
AN L
DEF DEF
dispositivos cuya función principal es la de almacenar energía; básicamente un condensador está constituido por dos conductores que poseen cargas iguales en magnitud magnitud pero de signos signos opuestos opuestos Es pert pe rtin inen ente te tener claro que el capacitor se opone a cambios bruscos de tensión.
Resumen
En esta experiencia de laboratorio de física de campos se implementó un circuito de corriente continua con dos resistencias para estudiar el comportamiento de los capacitores cuando se organizan en serie y en paralelo y medir con el amperímetro la intensidad de corriente de carga y descarga con el fin de analizar los resultados. En estos circuitos la corriente no es estacionaria ya que varía con el tiempo la relación entre la carga Q y la intensidad de corriente como función del tiempo.
Hasta ahora hemos visto cómo analizar circuitos resistivos, es decir, compuestos por resistencias y fuentes. En esta experiencia de laboratorio trabajamos un elemento de circuito llamado condensador. La aplicación de los circuitos resistivos es bastante limitada, sin embargo, con la introducción de los condensadores analizaremos circuitos más prácticos.
Palabras claves
Circuito, corriente, capacitores, paralelo, carga, intensidad, tiempo.
CON ONC C
serie,
Dada por la frecuencia de la corriente que está pasando por el circuito
Abstract
2. Fundamentos Teóricos CIRCUITOS RC
Experience in this field physics laboratory implemented a DC circuit with two resistors to study the behavior of the capacitors when organized in series and in parallel and ammeter to measure the current charge and discharge in order analyzing the results.
Un circuito que contiene una combinación en serie de un resistor y un capacitor se denomina circuito RC. CARGA DE UN CAPACITOR
Cuando un capacitor está descargado, no hay corriente cuando el interruptor S está abierto. Sin embargo, si el interruptor se cierra en , empieza empieza a fluir cargas, de modo que se establece una corriente en el circuito y el capacitor empieza a cargarse. Es válido decir que durante el proceso de carga las cargas no brincan a través de las placas del capacitor debido a que el espacio entre las mismas representa un circuito abierto. En lugar de eso la carga se transfiere entre cada placa y su alambre conector debido al campo eléctrico establecido en los
In these circuits the current is not stationary as it varies with time the relationship between the charge Q and the current intensity as a function of time. Keywords
Circuit, current, capacitors, serial, parallel, load, intensity, time. 1. Introducción
En el presente informe se tratarán temas referentes a los capacitores, que son
1
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
alambres por la batería, hasta que el capacitor se carga por completo. Conforme las placas comienzan a cargarse, la diferencia de potencial a través del capacitor aumenta. El valor de la carga máxima depende del voltaje de la batería. Una vez alcanzada la carga máxima, la corriente en el circuito es cero porque la diferencia de potencial a través del capacitor se iguala con la suministrada por la batería. Para analizara este circuito de manera cuantitativa aplique al circuito la regla de la espira de Kirchhoff después de que se cierra el interruptor. Al recorrer la espira en el sentido de las manecillas del reloj se obtiene:
placas del capacitor. En consecuencia , donde - . La expresión para la corriente de carga se halla diferenciando la anterior ecuación respecto al tiempo, utilizando .
DESCARGA DE UN CAPACITADOR
Cuando un circuito consta de un capacitor con una carga inicial , un resistor y un interruptor. La carga inicial no es la misma que la carga máxima , a menos que la descarga ocurra después de que el capacitor está completamente cargado. Cuando el interruptor se abre hay una diferencia de potencial de a través del capacitor y una diferencia de potencial cero en el resistor, puesto que . Si el interruptor se cierra en el capacitor empieza a descargarse a través del resistor. En cierto tiempo t durante la descarga, la corriente en el circuito es y la carga en el capacitor es q.
Fig. 1. Circuito RC.
Donde es la diferencia de potencial en el capacitor e es la diferencia de potencial en el resistor. Se puede encontrar la corriente inicial en el circuito y la carga máxima en el capacitor. En el instante en que se cierra el interruptor la carga en el capacitor es cero, y la ecuación de la corriente inicial en el circuito es un máximo e igual a:
Cuando se sustituye expresión se convierte en;
en esta
Después del proceso de integración,
sustituir en la ecuación se
Al obtiene la carga en el capacitor en dicho tiempo: La corriente en todas las partes del circuito en serie debe ser la misma. Por tanto, la corriente en la resistencia R debe ser la misma conforme la corriente fluye afuera de Y hacia las
diferenciando esta ecuación con respecto al tiempo produce la corriente instantánea como una función del tiempo: Donde signo;
2
es la corriente inicial. El
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
toma de tiempos se implementó el uso de un cronometro.
Negativo indica que la dirección de la corriente ahora que le capacitor se está descargando es opuesta a la dirección de la corriente cuando el capacitor se estaba cargando.
Fig. 3. Circuito RC
Toda la información obtenida fue digitada en una tabla, graficada y analizada según los siguientes cálculos. 4. Cálculo y análisis de resultados Tabla de voltajes y corriente cada 20s. Fig. 2. Capacitor Descargado
Valores Práctico.
Constante de tiempo thao.
Es importante conocer por que thao se conoce como la constante de tiempo y su unidad de medida es el segundo.
De ahí conocemos que la unidad de medida es en segundos. 3. Desarrollo experimental
Se procedió al montaje del circuito RC (resistivo y capacitivo), usando una resistencia de 100KΩ y un capacitor de 1000 µf, estos elementos se conectaron a una fuente de corriente directa con 15V, todo unido por medio de cables con caimanes según la figura3, dejando un caimán libre como interruptor de encendido, a su vez se colocó el voltímetro en los costados de la resistencia, para luego sacar por medio de la ley de ohm la corriente que transita por este circuito a cada 20 segundos, hasta completar 5 thao que equivale a 500 segundos , y para la
3
Valores Práctico.
T (s)
V(v)
I(A)
T (s)
V(v)
I(A)
0
14,8
0,000148
280
0,91
0,0000091
20
12,2
0,000122
300
0,77
0,0000077
40
10,13
0,0001013
320
0,65
0,0000065
60
8,41
0,0000841
340
0,54
0,0000054
80
6,91
0,0000691
360
0,46
0,0000046
100
5,53
0,0000553
380
0,39
0,0000039
120
4,76
0,0000476
400
0,28
0,0000028
140
3,96
0,0000396
420
0,24
0,0000024
160
3,27
0,0000327
440
0,2
0,000002
180
2,73
0,0000273
460
0,17
0,0000017
200
2,05
0,0000205
480
0,14
0,0000014
220
1,82
0,0000182
500
0,11
0,0000011
240
1,56
0,0000156
520
0,1
0,000001
260
1,31
0,0000131
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
Grafica práctica de corriente vs tiempo.
Grafica I vs T, practica.
0.00014
0.00012
0.0001 e t n e i r r o C
0.00008
0.00006
0.00004
0.00002
0 0
200
400
600
Tiempo
Podemos analizar los resultados obtenidos en el circuito resistivo capacitivo, que la corriente que transita en el disminuirá hasta el punto de llegar a cero, esto es debido a que el condensador se estará cargando, en otras palabras, cuando el condensador llegue a su carga total, la corriente que transita en el circuito será cero, es importante recordar que como constante de esta experiencia será el tiempo que tarde en llenarse.
Para este caso, donde mi resistencia es de 100KΩ y mi capacitor es 1000µf, entonces, aplicando la fórmula de Tenemos.
Por medio de la ley de ohm, podremos hallar la corriente faltante, , entonces;
Constante thao ()
Cálculos:
Tabla de resultados valor teórico cada Thao o 100s.
CUANDO INICIA
Circuito RC.
Valores Teórico.
T (s)
V(v)
I(A)
0
15
0,00015
100
5,51
0,0000551
200
2,03
0,0000203
300
0,74
0,0000074
400
0,27
0,0000027
500
0,1
0,000001
4
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
Grafica teórica de corriente vs tiempo
Grafica I vs T, teorica 0.0002
Error relativo 0.00015 e t n e i r r o C
0.0001
0.00005
0 0
200
400
600
Tiempo
Usando la ley de ohm, hallaremos la corriente inicial del circuito, y para cada instancia en el tiempo tomamos como referencia 100 thao usamos la formula
Error porcentual
Cálculos:
5. Conclusiones
En un circuito RC en serie la corriente (corriente alterna) que pasa por la resistencia y por el condensador es la misma. Esto significa que cuando la corriente está en su punto más alto (corriente de pico), estará así tanto en la resistencia como en el condensador (capacitor.)
Pero algo diferente pasa con los voltajes. En la resistencia, el voltaje y la corriente están en fase (sus valores máximos coinciden en el tiempo). Pero con el voltaje en el capacitor no es así. El voltaje en el condensador está retrasado con respecto a la corriente que pasa por él.
Error porcentual.
Para hallar el error porcentual es importante conocer los datos de los valores prácticos y compararlos vs los datos teóricos, hallamos primero el error absoluto, error relativo y luego su error en porcentaje, así;
Bibliografía
1.Circuitos capacitivos consultados en: http://woody.us.es/ASIGN/TCEF_1T/Pracs/teori a_ctos3.pdf 2. Circuito RC: http://www.unicrom.com/Tut_circuitoRCParalelo. asp
Error absoluto
5
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
6
