Carga y descarga de capacitares



Universidad Tecnológica Nacional
Facultad Regional Haedo



Física II

Trabajo Práctico Nº

“Carga y Descarga de un Capacitor”


Profesores:
Lic. Dasso Juan

Curso :2do 2da

Integrantes:
Ciereszko Juan Ignacio
D’Andrea Sena Emiliano Nahuel
García Diego Leonardo
Kuruc Darío Alejandro



Objetivos
Analizar la evolución temporal de la diferencia de potencial eléctrico entre lasplacas de un capacitor, durante los procesos transitorios de carga y descarga.
Analizar aplicaciones de estos procesos transitorios en electrotecnia y electrónica.


Materiales a emplear
1 Multímetro digital.
1 Fuente de tensión continúa.
1 Cronómetro.
1 Capacitor electrolítico.
Resistor y cables de conexión.
Introducción
Existen distintas técnicas de fabricación de capacitores atendiendofundamentalmente a su valor de capacidad. Normalmente se encuentran en el mercado capacitores utilizados, por ejemplo, en ondas de radio y televisión (frecuencias altas), que son de muy bajo valor nominal: picofaradios o nano faradios. En frecuencias de uso industrial como, por ejemplo, en fuentes de alimentación, se emplean capacitores de gran capacidad que en general son del tipo electrolítico.
Detodas formas, a los fines prácticos, en todos los casos se los puede simbolizar por dos placas metálicas separadas por un material aislante o dieléctrico. En el caso del capacitor electrolítico su dieléctrico es un líquido ácido. En el caso de los capacitores menores se emplean diversos aislantes como ser el papel impregnado, plásticos especiales, etc.
Las aplicaciones de los capacitores encorriente alterna quedan para los cursos de electrotecnia. Allí aparecen definiciones como la reactancia capacitiva, la suceptancia (inversa de la anterior), etc., que necesitan un tratamiento vectorial para su estudio.
En este trabajo nos dedicaremos al estudio del proceso transitorio de la carga y la descarga de un capacitor en corriente continua, es decir, el lapso de tiempo durante el cual elcapacitor modifica la tensión entre su bornes desde cero hasta llegar al régimen permanente (máxima tensión a la cual se puede cargar), o bien, si se estudia la descarga, la condición inversa hasta llegar a cero.
Es de notar que en ningún momento un capacitor es atravesado por corriente eléctrica (salvo que esté perforado su dieléctrico, condición anormal). La corriente que un miliamperímetro pudieseobservar durante el transitorio se debe a que toda carga que llega a una de las placas desaloja a otra igual de la placa contraria.





Transitorio del proceso de carga















Figura 1: Circuito para el estudio del proceso de carga.


Se estudiará el proceso de carga empleando un circuito como el de la Figura 1.
Analizando el circuito y aplicando la primera ley de Kirchhoff en la malla que noincluye al voltímetro, se puede escribir:



Reemplazando las caídas de tensión en los elementos pasivos por sus expresiones equivalentes nos queda que:



Teniendo en cuenta el sentido de circulación adoptado para la corriente, y considerando que el voltímetro es ideal, es decir que se desprecia la corriente que circula por él, podemos escribir que  , con lo que la ecuación anterior queda:Como suponemos que , y C se mantienen constantes durante el proceso, la anterior es una ecuación diferencial de primer orden a coeficientes constante que puede resolverse por distintos métodos. En este caso, la ecuación es suficientemente sencilla y podemos resolverla por integración directa. Operando:




A la constante RC la simbolizaremos con la letra griega τ (tau), τ  RC, y ladenominaremos tiempo característico o constante de tiempo. Más adelante se discutirá su significado físico. En cuanto a las unidades, en el Sistema Internacional se verifica que
[τ] = [R][C] = ΩF = s . Por lo tanto la ecuación (1) puede escribirse en la forma:


Como suponemos que el capacitor está inicialmente descargado y llamamos t=0 al instante de tiempo en que se conecta la fuente (se cierra la...