Fisica

Carga y descarga de un capacitor: Circuito RC


1. Introducción

Objetivos del trabajo

El objetivo de este trabajo consiste en analizar el régimen transitorio de la carga y la descarga de un capacitor a través de una resistencia, y medir la constante de un circuito RC.

Marco Teórico

El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. Una lámpara dedestello o de luz relámpago, por ejemplo, requiere una breve emisión de energía eléctrica, un poco mayor de lo que generalmente puede proporcionar una batería. Podemos sacar energía con relativa lentitud (más de varios segundos) de la batería al capacitor, el cual libera rápidamente (en cuestión de milisegundos) la energía que pasa al foco. Otros capacitores mucho más grandes se emplean para proveerintensas pulsaciones de láser con el fin de inducir una fusión termonuclear en pequeñas bolitas de hidrógeno.
Los capacitores se usan también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas. Los capacitores tienen otras funciones importantes en los circuitos electrónicos, especialmente para voltajes y corrientesvariables con el tiempo.

2. Desarrollo

Diseño experimental:

• Lista de materiales:

Para la realización de la experiencia se han utilizado los siguientes instrumentos:

 Fuente de tensión continua 13,2 V
 Multímetro
 Cronómetro
 Llave interruptora
 Resistencia limitadora (RL)
 Capacitor electrolítico
 Cables de conexiones
 Tablero



3. Resultados y análisis:

Carga delcapacitor

Formulas a utilizar:

•

•

•

Luego de medir el valor de la resistencia y del capacitor, armamos el circuito con el interruptor abierto, en el tablero de pruebas, a través de los cables para conexiones, y se conectan las fuentes. Luego procedemos a cerrar el interruptor y, durante el proceso de carga medimos la diferencia de potencial hasta que los instrumentos noregistren variación alguna. Los valores obtenidos con su correspondiente incertidumbre asociada, debido al tiempo de reacción en la toma del los datos y la incertidumbre del dispositivo de medida, estos son:

Tabla 1:

T (seg) Vr (Volts)
0 13,2
4,93 12
8,6 11
11,35 10
15,29 9
18,91 8
24,31 7
29,09 6
37,78 5
46,17 4
60,17 3
120,81 2
159,79 1




Se grafica ln (VR) en funcióndel tiempo, se obtiene una recta cuya pendiente es: M = - 1/RC; donde C = 47 μF.
En el grafico podemos observar que la recta formada por la tendencia de los puntos correspondientes al ln (VR) en función del tiempo tiene una pendiente igual a - 0,0156; de ahí obtenemos el R experimental: - 0,0156 = - 1 / R(47 μF) => R = 1 / [(0,0156)*(47 μF)] => R = 1363884,34 Ω



Utilizamos el R experimentalpara completar la tabla, y queda:

T (seg) Vr (Volts) Vc (Volts) Q (C) I (A)
0 13,2 0 0 9,6782E-06
4,93 12 0,97712948 4,5925E-05 8,9618E-06
8,6 11 1,65725813 7,7891E-05 8,4631E-06
11,35 10 2,14197035 0,00010067 8,1077E-06
15,29 9 2,80117489 0,00013166 7,6244E-06
18,91 8 3,37214373 0,00015849 7,2058E-06
24,31 7 4,16613016 0,00019581 6,6236E-06
29,09 6 4,81526467 0,00022632 6,1477E-0637,78 5 5,87825396 0,00027628 5,3683E-06
46,17 4 6,77648915 0,00031849 4,7097E-06
60,17 3 8,03675721 0,00037773 3,7857E-06
120,81 2 11,1951268 0,00052617 1,47E-06
159,79 1 12,1085656 0,0005691 8,0024E-07




Gráficos:

• Carga del capacitor: Vc(t)



• Carga del capacitor: Q(t)














• Carga del capacitor: I(t)



• Carga del capacitor: Vc(t) con ajusteexponcial



Descarga del capacitor

Formulas a utilizar:
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En esta instancia, se abre el interruptor y durante el proceso de descarga medimos la diferencia de potencial hasta que los instrumentos no registren variación alguna. Los valores obtenidos con su correspondiente incertidumbre asociada, debido al tiempo de reacción en la toma del los datos y la incertidumbre del...