Lab Nº 3 - Carga y Descarga de Un Condensador
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Electricidad y Magnetismo Laboratorio Nº 3: Carga y Descarga de un condensador. Página 1 CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR I. OBJETIVOS: Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador. Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al tiempo. II. PRINCIPIOS TEÓRICOS: El condensador es un dispositivo que almacena carga y energía potencial eléctrica. Éste consiste en dos conductores separados 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. Así: (1) La capacitancia depende de la forma geométrica, tamaño y separación de los conductores, así como de la naturaleza del material 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 en la figura 1.a, el interruptor está abierto, no existe corriente ( ) y el condensador está inicialmente descargado ( ). Si el interruptor se cierra en (figura 1.b), se establece corriente en el circuito y el condensador inicia su carga mediante la batería de fem . Para , la corriente y la carga varían con el tiempo según: LABORATORIO Nº 3
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Electricidad y Magnetismo
Laboratorio Nº 3: Carga y Descarga de un condensador. Página 1
CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
I. OBJETIVOS:
Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.
Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al
tiempo.
II. PRINCIPIOS TEÓRICOS:
El condensador es un dispositivo que almacena carga y energía potencial
eléctrica. Éste consiste en dos conductores separados 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. Así:
(1)
La capacitancia depende de la forma geométrica, tamaño y separación de los
conductores, así como de la naturaleza del material 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
en la figura 1.a, el interruptor está abierto, no existe corriente ( ) y el
condensador está inicialmente descargado ( ). Si el interruptor se cierra en
(figura 1.b), se establece corriente en el circuito y el condensador inicia su
carga mediante la batería de fem . Para , la corriente y la carga varían
con el tiempo según:
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( )
(3)
( ) ( ) ( ) (4)
siendo 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.
La medida de la rapidez de carga del condensador se conoce como constante de
tiempo del circuito, y se denota 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 .
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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 inicial y el condensador inicia su descarga a través de la resistencia.
Así, para , la corriente y la carga 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.
La corriente y la carga decaen exponencialmente según la constante de tiempo .
Las gráficas de estas ecuaciones se muestran en la figura 4, donde la corriente es
negativa porque su sentido es opuesto a lo asignado en la figura 3.b.
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 se
acerca asintóticamente a cero.
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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 .
- Una (01) resistencia de .
- Un (01) tablero protoboard LEYBOLD.
- Siete (07) puentes de conexión.
- Un (01) interruptor de 3 vías LEYBOLD (conmutador).
- Un (01) cronómetro.
b) Procedimiento:
1. Ajuste la fuente a una fem de 6 V, tomando como referencia la lectura
que indica el voltímetro e instale el circuito tal como se muestra en la
figura 5, donde el interruptor de 3 vías está en el punto .
2. Use el amperímetro para medir la corriente que circula en el circuito y
registre esta medida en la tabla 1 como la corriente en (recuerde que
la conexión del amperímetro debe ser una conexión en serie respecto al
resistor).
Figura 5. Circuito para determinar la corriente en .
3. Desactive el circuito y realice la conexión del condensador como se
muestra en la figura 6.a (tenga en cuenta la polaridad del condensador).
4. Active nuevamente el circuito con en el punto , para iniciar el proceso
de carga del condensador (figura 7.a).
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Figura 6. Circuito . (a) Proceso de carga del condensador. (b) Proceso de descarga del
condensador.
5. Tome lectura del amperímetro y voltímetro en intervalos de 10 segundos
(hasta que la tensión en el condensador sea aproximadamente el valor de
y la corriente en el circuito sea aproximadamente nula). Registre estos
datos en la tabla 1.
6. Para el proceso de descarga del condensador, posicione en el punto
como se muestra en la figura 6.b y figura 7.b. Tome lectura del
amperímetro y voltímetro en intervalos de 10 segundos (hasta que la
tensión en el condensador y la corriente en el circuito sean
aproximadamente nulas). Registre estos datos en la tabla 1.
7. Repita los pasos desde 1 hasta 6 para voltajes fem de 8 y 10 V.
Figura 7: Sistema experimental. (a) Proceso de carga. (b) Proceso de descarga de un
condensador.
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c) Actividad:
Según los datos obtenidos en la tabla 1 para una fem de 6, 8 y 10 V:
1. Grafique la variación de voltaje y corriente respecto al tiempo para el
proceso de carga.
2. Grafique la variación de voltaje y corriente respecto al tiempo para el
proceso de descarga.
IV. RESULTADOS
Los datos obtenidos regístrelos en la tabla 1.
Tabla 1. Datos experimentales del proceso de carga y descarga de condensadores.
Autor: Fís. Bach. Oscar Vivanco Valerio
(V) Proceso t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
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CA
RG
A V (V)
I (mA)
DE
SC
AR
GA
V (V)
I (mA)
8
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A V (V)
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I (mA)
10
CA
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A V (V)
I (mA)
DE
SC
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I (mA)
