Carga y Descarga de un condensador

Informe de laboratorio N°3:
“Carga y descarga del condensador”
14-11-2013/21-11-2013
Universidad de Santiago de Chile. Electricidad y magnetismo para ingeniería


Resumen:
En este informe se midió una resistencia y un condensador para conectarlos en serie a una fuente de poder para así poder calcular el tiempo de carga y descarga de dicho condensador, y con los datos recopilados por losgráficos poder calcular la capacidad del condensador, la cual dio un valor muy cercano a la realidad (353µf exp, y 350µf teórico)
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1. Introduccion.
Un condensador es un dispositivo que tiene como finalidad el almacenar energía como campo eléctrico, esto mediante dos placas conductoras en el interior del condensador bastante próximas, y por efecto de cargas opuestas, pero de igual magnitud,que poseen estas placas. El campo eléctrico que es generado por las placas posee una dirección, que es desde la placa positiva hacia la negativa, y posee un valor cero en cualquier punto que se encuentre en el interior de la placa. Los condensadores se ven afectos por la geometría de estos, ya sea plana, cilíndrica o esférica.
La diferencia de potencial, que es generado entre las placas, y lacarga almacenada por el condensador, se encuentran relacionadas proporcionalmente y se define por la siguiente ecuación:

Donde c es la contante de proporcionalidad en esta relación, que recibe el nombre de capacitancia (o capacidad) y es medida en Faradios (F).
Para esta experiencia se armará un circuito formado por una resistencia, un condensador y alimentado por una fuente de corrientecontinua. Este circuito recibe el nombre de circuito RC.

Para poder realizar un análisis sobre los datos obtenidos de la experiencia, en el proceso de carga y descarga del condensador, primero se deben entender estos conceptos teóricamente.

Se sabe que en un instante t=0 con el circuito abierto no se produce un paso de corriente por el mismo, y debido a esto, el condensador se encuentra descargadoen su totalidad. Una vez cerrado el circuito, la corriente (I) comienza a pasar por él. Mientras el condensador la va acumulando, y por esto el voltaje varía en el condensador según la siguiente fórmula:

La corriente circulará hasta que el condensador se encuentre completamente cargado.

También se debe saber que existe un instante en el proceso de carga, el cual está dado por t = RC, elcual recibe el nombre de constante de tiempo capacitiva, y esta denotado por:


Su unidad de medida es el segundo, la resistencia se mide en ohm y la capacitancia en faradio.
El proceso de descarga del condensador es llevado a cabo lentamente, debido al efecto de la resistencia en el circuito, y este comienza una vez que es abierto elinterruptor.

Ahora al reemplazar los datos en la ecuación, se obtiene que el voltaje, varía de la siguiente manera:



2. Procedimiento experimental.
En esta experiencia se utilizo una caja de resistencia variable (ajustada a 20.06kΩ), una fuente de poder de corriente continua (inicialmente configurada a 3V luego a 4V y finalmente a 5V) y una placa Pasco RLC, La resistencia se conecto alcondensador de la placa Pasco RLC y a la carga negativa de la fuente de poder, la placa igualmente se conecto a la carga negativa de la fuente, tal y como muestra la siguiente foto.





Se utiliza el programa DataStudio con un sensor de voltaje, para graficar voltaje Vs tiempo, la carga del condensador.
Luego de estar montado el circuito con sus conexiones respectivas, se desconecta laresistencia de la carga negativa y se conecta en la positiva, y se le da “inicio” al software Data Studio hasta que el voltaje llega a su punto máximo (la curva se vuelve completamente paralela al eje del tiempo (eje X)), donde se vuelve a colocar la resistencia conectada a la terminal negativa de la fuente. Con esto se registraron gráficos de” voltaje v/s tiempo” en donde se muestra tanto la...