Mis Cosas Feas

Laboratorio de Óptica y Electromagnetismo

Universidad de Chile
Facultad de Ciencias
Departamento de Física

Carga y Descarga de un Condensador Dieléctrico

1.Resumen
Se midió in situ el voltaje del condensador C con un valor fuente de 12 volts utilizando una resistencia R= 10kΩ, y luego con una resistencia R=20kΩ durante su carga. Luego, se midió in situ el voltaje de descarga delcondensador C utilizando una resistencia R= 20kΩ. Con los valores obtenidos se calculó el tiempo de carga del condensador τ experimentalmente y se comparó con el valor τ teórico, además, se calculó el valor de ln(Vo) experimentalmente y se comparó con el valor de ln(Vo) teórico. El error porcentual registrado para el tiempo de carga del condensador fue de 5,1% en el primera carga, 14,2% segunda cargay de 1,5% para la descarga. El error porcentual registrado para el valor de ln(Vo) fue de 2,8% para la primera carga, de 4,8% para la segunda carga y de 3,6% para la descarga.

2.Introducción
Un condensador es un dispositivo que posee la particularidad de poder almacenar carga eléctrica, lo cual le da la facultad de poder cargarse y descargarse. Éste está basado en dos conductores próximosentre sí separados generalmente por un material aislante llamado dieléctrico.
Buscando comprender con mayor claridad este fenómeno, se analizará los procesos de carga y descarga de un condensador dieléctrico, cuando éste es sometido a una diferencia de potencial en función del tiempo y cambiando la magnitud de una resistencia asociada al condensador en los circuitos montados.

ObjetivoDeterminar experimentalmente el valor del tiempo de carga y descarga del condensador y compararlo con su valor teórico.
Determinar experimentalmente el valor de ln(Vo) en la carga y descarga del condensador y compararlo con su valor teórico.

3.Marco Teórico
Considerando la figura 1, el voltaje medido en un condensador durante su carga en función del tiempo se describe por

| (1) |
dondeVo es el voltaje fuente y τ es el tiempo de carga del condensador C, y se define como

fórmula | (2) |

donde R es la resistencia y C la capacitancia del condensador C. Al aplicar logaritmo natural a ambos lados de la ecuación (1), se obtiene

fórmula | (3) |

lo que corresponde a una función lineal con pendiente -1/τ e intercepto ln(Vo).

Considerando la figura 1, elvoltaje medido en un condensador durante su descarga en función del tiempo se describe por

| (4) |

Al aplicar logaritmo natural a ambos lados de la ecuación (4), se obtiene

| (5) |

lo que corresponde a una función lineal con pendiente -1/τ e intercepto ln(Vo).

4.Procedimiento Experimental

Materiales:
Fuente de Voltaje (12 volts)
Condensadorelectrolítico (2200 μF)
Resistencia (10kΩ y 20kΩ)
Voltímetro
Cables.
Figura 1: Circuito RC en serie

4.1 Carga del condensador
Con el condensador C descargado (Vc=0 volts), se accionó el interruptor S y se registró el voltaje en el condensador cada 5 segundos hasta completar 180 segundos con un voltaje fuente de 12 volts. El procedimiento se realizó con una resistencia de 10kΩ (R=10Ω), losdatos obtenidos se muestran en el gráfico 1. Luego se realizó el mismo procedimiento con un resistencia de 20kΩ (R=20Ω), los datos obtenidos se muestran en el gráfico 2.
Gráfico 1: Carga de un condensador en un circuito RC , con R= 10 kΩ
Gráfico 2: Carga de un condensador en un circuito RC con R = 20 kΩ

4.2 Descarga del condensador.
Gráfico 3: Descarga de un condensador en un circuito RCde resistencia 20 kΩ
Con el condensador C cargado (Vc=11,75 volts), y con un voltaje fuente V=0 volts, se cerró el interruptor y se registró el voltaje en el condensador cada 5 segundos hasta completar 335 segundos. El procedimiento se realizó utilizando una resistencia de 20kΩ (R= 20kΩ), los datos se muestran en el gráfico 3.
5.Análisis

5.1 Carga del condensador
A los datos del gráfico...