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COMPORTAMIENTO DE CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR EN DIFERENTES ARREGLOS DE CIRCUITOS RC




Resumen - En este experimento se analizó el tema de circuitos RC, por medio de la observación de procesos de carga y descarga de condensadores arreglados individualmente, luego en serie y en paralelo. Los datos experimentales se midieron con ayuda del sensor de voltaje conectado a lainterfaz universal 850, un multímetro y el software Capstone. La corriente fue producida por un amplificador de potencia.
Los datos de estos ensayos se registraron en Capstone como gráficos de voltaje vs tiempo los cuales tienen 2 tipos de comportamiento: Exponencial natural para cuando el capacitor se está cargando y exponencial inverso para cuando se está descargando. Estos comportamientos seexplicaran más adelante.
Mediante los ajustes exponenciales de las gráficas de voltaje vs tiempo para cada arreglo de capacitores, se determinaron satisfactoriamente las constantes de tiempo, las capacitancias experimentales, los voltajes y cargas máximos en los capacitores, así como la energía máxima almacenada en éstos. Por último se hallaron correctamente las incertidumbres de los valores encontradosexperimentalmente con los teóricos, las cuales fueron muy pequeñas, lo que afirma que hubo buen desarrollo experimental tanto en la práctica como teóricamente.

RESULTADOS Y ANALISIS

Después de realizada la práctica, se obtuvieron las siguientes graficas de voltaje vs tiempo, para cada una de las configuraciones de condensadores, es decir graficas de cada condensador por separado, de ambosconectados en serie y finalmente ambos conectados en paralelo.


Gráfico 1. Voltaje vs Tiempo proceso de carga condensadores 330 µF y 470µF


Gráfico 2. Voltaje vs Tiempo proceso de carga arreglo en serie y paralelo



Gráfico 3. Proceso de descarga condensadores 330 µF y 470 µF

Gráfico 7. Proceso de descarga arreglo de condensadores en serie y paralelo
Se pudo observar en las gráficas obtenidas enel laboratorio, que el tiempo que toma el circuito RC en cada caso para adquirir sus características definitivas (comportamiento), en régimen transitorio al cargarse el o los condensadores, el voltaje entre sus terminales aumenta de forma exponencial inversa (e-1), desde el tiempo 0 (recién la conexión de la fuente al circuito), hasta el instante donde adquirirá el voltaje de la fuente y sedesconectara de la misma, debido a que entre las placas del condensador ya no pueden almacenar más carga por estar en equilibrio electrostático, posteriormente el capacitor se comenzará a descargar (decrecimiento exponencial) en la resistencia hasta que la diferencia de potencial entre sus terminales sea igual a cero y se repita el comportamiento de carga nuevamente.
Durante todo el proceso (carga –descarga), la constante de tiempo cumple un papel de identificación importante, debido a que en un tiempo equivalente al producto de la resistencia que se utilizó y la capacitancia equivalente del circuito, ya que la corriente ha disminuido aproximadamente un 38% de su valor inicial, así como la carga del condensador se ha incrementado aproximadamente a un 62%; Otra aplicación importante de laconstante de tiempo es determinar cuando la diferencia de potencial entre las terminales del condensador es equivalente a la que la fuente lo alimenta, teniendo en cuenta a la ecuación 1 y a el análisis a las gráficas obtenidas, se halló la ecuación 3, donde se pudo determinar el voltaje del capacitor en cualquier instante de tiempo t.

En la tabla 1, se mostrarán los capacitores utilizados, laresistencia, su combinación en serie y paralelo así como su constante de tiempo y periodo:
Tabla 1. Datos Obtenidos Circuito RC

Para el proceso de carga (inversa exponencial), según la ecuación 7 sabemos que:



Relacionando esta ecuación con la ecuación 6, determinamos que:



De igual forma, podemos relacionar la ecuación 8 con la ecuación 6, así:



Una vez obtenidos estos datos, se promedian con la...