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Actividad P50: Circuito RC

(Potencia de salida, sensor de voltaje)

|Concepto |DataStudio |ScienceWorkshop (Mac) |ScienceWorkshop (Win) |
|Circuitos |P50 Circuito RC. D.S |(Ver fin de actividad) |(Ver fin de actividad) |

EQUIPOS REQUERIDOS.Del Lab. Electrónico AC/DC (modelo Pasco EM-8656)

Sensor de Voltaje Capacitor de 330 microfaradios

Medidor LRC Resistor de 100 ohm

Juego de Cables

Objetivos

• Obtener mediante el osciloscopio las curvas características de carga y descarga de un condensador.
• Obtener experimentalmente la forma de onda del voltaje y la corriente en uncapacitor y un inductor.
• Aprender que en un circuito RC de corriente directa la descarga de un capacitor tiene un comportamiento exponencial.

• Medir la capacitancia C del capacitor

• Determinar experimentalmente la constante de tiempo τ para tal circuito.

¿Qué piensas?

El voltaje a través de un capacitor varía con su carga. ¿Cómo podemos investigar esta relación? Loscapacitores también tienen algo que es conocido como la constante de tiempo. ¿Cómo se puede calcular esta constante?

Concepto

Cuando una fuente de voltaje DC es conectada a través de un condensador descargado, la carga en el capacitor se incrementa con el transcurrir del tiempo. Al comienzo el capacitor tiene una pequeña carga en sus placas. Pero con la carga acumulada sobre sus placas, elvoltaje de la fuente debe hacer más trabajo para mover carga adicional sobre dichas placas debido a que éstas tienen una carga del mismo signo sobre ellas. Como resultado, el capacitor se carga exponencialmente, rápidamente al comienzo y más lentamente cuando éste llega a su carga máxima. La carga en las placas para cualquier tiempo está dada por:

q = q0 (1-e-t/τ)

Donde q0 es la máxima carga enlas placas y τ es la constante de tiempo capacitiva (τ = RC, donde R es la resistencia y C la capacitancia). NOTA: El valor de estado de un capacitor puede variar por lo mucho un +20% de su actual valor tomando los límites extremos cuando t = 0, q = 0 significa que no hay carga en las placas inicialmente. También notamos que cuando t tiende a infinito, la carga q tiende a q0 lo cualsignifica que se toma una infinita cantidad de tiempo para completar la carga del capacitor.

El tiempo que toma la carga del capacitor en llegar a la mitad de su máximo es llamado tiempo de vida media y está relacionado con la constante de tiempo capacitiva por la siguiente ecuación:

t1/2 = τ ln2

En esta actividad la carga sobre el capacitor debe ser medida indirectamente por la medición delvoltaje a través del capacitor desde que esos 2 valores son proporcionables uno con el otro, es decir: q = CV.

¿Qué hacer?

Use la función “Output” de la interface ScienceWorkshop para suministrar un voltaje al circuito resistor-capacitor. Use el sensor de voltaje para medir el voltaje a través del capacitor durante su carga y descarga. Registre el voltaje en la bobina secundaria para las dosconfiguraciones: una con un núcleo de hierro dentro de la bobina interna, y una sin el núcleo de hierro dentro de la bobina.

Use DataStudio o ScienceWorkshop para controlar el voltaje de salida de la interface y registrar y mostrar el voltaje a través del capacitor. Finalmente, mida el tiempo que el capacitor llega a la ‘mitad-máxima’ de voltaje. Use la constante de tiempo-medio (t y el valorconocido de la resistencia para calcular la capacitancia del capacitor. Compare el valor calculado del capacitor con el valor de estado (o valor teórico) del capacitor.

En esta actividad, la interface debe mostrar una baja frecuencia de onda cuadrada positiva (0 a 4V). Esta forma de onda incita la acción de cargar y descargar el capacitor para la conexión y desconexión de la fuente de voltaje...
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