LAB N 3 Carga Y Descarga De Un Condensador 2015 II
Páginas: 5 (1097 palabras)
Publicado: 10 de junio de 2015
Electricidad y Magnetismo
LABORATORIO Nº 3
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
I.
II.
LOGROS
Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.
Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al tiempo
para un condensador.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
El condensador es un dispositivo que almacena carga y energía potencial
eléctrica. Éste consiste en dos conductoresseparados uno del otro, que poseen
cargas iguales en magnitud pero de signos opuestos.
La razón entre la magnitud de la carga
en uno de los conductores y la
diferencia de potencial
entre dichos conductores, se llama capacitancia del
condensador, y es expresada mediante:
(1)
La capacitancia depende de la forma geométrica, tamaño y separación de los
conductores, así como de la naturaleza delmaterial aislante que los separa.
Además, el trabajo realizado al cargar el condensador se presenta como energía
potencial eléctrica almacenada en el mismo, expresada como:
(
)
(2)
Carga de un Condensador
Un circuito con conexión en serie entre un resistor de resistencia
y un
condensador de capacitancia , se llama circuito
. En el circuito
mostrado
) y el
en la figura 1.a, el interruptor estáabierto, no existe corriente (
). Si el interruptor se cierra en
condensador está inicialmente descargado (
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
Página 1
Electricidad y Magnetismo
(figura 1.b), se establece corriente en el circuito y el condensador inicia su
carga mediante la batería de fem . Para
, la carga y la corriente varían
con el tiempo según:
( )
siendo
(
)
(
)
(3)
()
(4)
la corriente inicial y
la carga máxima en el condensador cuando la
corriente se vuelve nula. Las gráficas de estas ecuaciones se muestran en la figura
2.
Figura 1. Proceso de carga de un condensador. (a) Condensador inicialmente descargado.
(b) Cuando se cierra, aumenta la carga en el condensador y disminuye la corriente.
(Fuente: Física universitaria. Sears - Zemansky. Volumen 2.Decimosegunda edición)
La medida de la rapidez de carga del condensador se conoce como constante de
tiempo del circuito, dada por:
(5)
Cuando es pequeña, el condensador se carga con rapidez; cuando es grande, el
proceso de carga es más lento.
Figura 2. Gráficas de la corriente y carga como funciones del tiempo en el proceso de carga.
(a) En
la corriente es y disminuye exponencialmente en el tiempo.(b) En
la carga
es nula e incrementa exponencialmente hacia .
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
Página 2
Electricidad y Magnetismo
Descarga de un Condensador
En el circuito
abierto de la figura 3.a, el condensador posee una carga
almacenada . Si en
se cierra el interruptor (figura 3.b), se establece una
corriente (en sentido opuesto al generado cuando se carga), y elcondensador
inicia su descarga a través de la resistencia. Así, para
, la carga y la
corriente y disminuyen con el tiempo según:
( )
(6)
( )
(7)
Figura 3. Proceso de descarga de un condensador. (a) Cuando está abierto, la carga
almacenada no varía. (b) Cuando se cierra , la carga en el condensador y la corriente
disminuyen.
(Fuente: Física universitaria. Sears - Zemansky. Volumen 2. Decimosegundaedición)
La corriente y la carga decaen exponencialmente según la constante de tiempo ,
representadas gráficamente en la figura 4.
Figura 4. Gráficas de la corriente y carga como funciones del tiempo en el proceso de descarga.
(a) En
la corriente es y tiende a cero exponencialmente. (b) En
la carga es y
disminuye en forma exponencial.
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
Página3
Electricidad y Magnetismo
III.
PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales y Equipos:
Una (01) fuente eléctrica de 0 – 12 V DC.
Un (01) voltímetro digital (Sanwa).
Un (01) amperímetro digital (Prasek).
Seis (06) cables conductores (3 rojos y 3 negros).
Un (01) condensador electrolítico de
Un (01) resistor de
Un (01) tablero protoboard LEYBOLD.
Siete (07) puentes de...
LABORATORIO Nº 3
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
I.
II.
LOGROS
Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.
Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al tiempo
para un condensador.
PRINCIPIOS TEÓRICOS
El condensador es un dispositivo que almacena carga y energía potencial
eléctrica. Éste consiste en dos conductoresseparados uno del otro, que poseen
cargas iguales en magnitud pero de signos opuestos.
La razón entre la magnitud de la carga
en uno de los conductores y la
diferencia de potencial
entre dichos conductores, se llama capacitancia del
condensador, y es expresada mediante:
(1)
La capacitancia depende de la forma geométrica, tamaño y separación de los
conductores, así como de la naturaleza delmaterial aislante que los separa.
Además, el trabajo realizado al cargar el condensador se presenta como energía
potencial eléctrica almacenada en el mismo, expresada como:
(
)
(2)
Carga de un Condensador
Un circuito con conexión en serie entre un resistor de resistencia
y un
condensador de capacitancia , se llama circuito
. En el circuito
mostrado
) y el
en la figura 1.a, el interruptor estáabierto, no existe corriente (
). Si el interruptor se cierra en
condensador está inicialmente descargado (
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
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Electricidad y Magnetismo
(figura 1.b), se establece corriente en el circuito y el condensador inicia su
carga mediante la batería de fem . Para
, la carga y la corriente varían
con el tiempo según:
( )
siendo
(
)
(
)
(3)
()
(4)
la corriente inicial y
la carga máxima en el condensador cuando la
corriente se vuelve nula. Las gráficas de estas ecuaciones se muestran en la figura
2.
Figura 1. Proceso de carga de un condensador. (a) Condensador inicialmente descargado.
(b) Cuando se cierra, aumenta la carga en el condensador y disminuye la corriente.
(Fuente: Física universitaria. Sears - Zemansky. Volumen 2.Decimosegunda edición)
La medida de la rapidez de carga del condensador se conoce como constante de
tiempo del circuito, dada por:
(5)
Cuando es pequeña, el condensador se carga con rapidez; cuando es grande, el
proceso de carga es más lento.
Figura 2. Gráficas de la corriente y carga como funciones del tiempo en el proceso de carga.
(a) En
la corriente es y disminuye exponencialmente en el tiempo.(b) En
la carga
es nula e incrementa exponencialmente hacia .
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
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Descarga de un Condensador
En el circuito
abierto de la figura 3.a, el condensador posee una carga
almacenada . Si en
se cierra el interruptor (figura 3.b), se establece una
corriente (en sentido opuesto al generado cuando se carga), y elcondensador
inicia su descarga a través de la resistencia. Así, para
, la carga y la
corriente y disminuyen con el tiempo según:
( )
(6)
( )
(7)
Figura 3. Proceso de descarga de un condensador. (a) Cuando está abierto, la carga
almacenada no varía. (b) Cuando se cierra , la carga en el condensador y la corriente
disminuyen.
(Fuente: Física universitaria. Sears - Zemansky. Volumen 2. Decimosegundaedición)
La corriente y la carga decaen exponencialmente según la constante de tiempo ,
representadas gráficamente en la figura 4.
Figura 4. Gráficas de la corriente y carga como funciones del tiempo en el proceso de descarga.
(a) En
la corriente es y tiende a cero exponencialmente. (b) En
la carga es y
disminuye en forma exponencial.
Laboratorio Nº 3: Carga y descarga de un condensador.
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Electricidad y Magnetismo
III.
PARTE EXPERIMENTAL
a) Materiales y Equipos:
Una (01) fuente eléctrica de 0 – 12 V DC.
Un (01) voltímetro digital (Sanwa).
Un (01) amperímetro digital (Prasek).
Seis (06) cables conductores (3 rojos y 3 negros).
Un (01) condensador electrolítico de
Un (01) resistor de
Un (01) tablero protoboard LEYBOLD.
Siete (07) puentes de...
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