PRACTICA 09 - CARGA Y DESCARGA DEL CAPACITOR

CURSO:FSICA 3

TEMA: PRACTICA 09-CARGA Y DESCARGA DEL CAPACITOR

DOCENTE:MINEZ CUBA, Yamil Zenefelder

ESTUDIANTES: ARANA ASTOPILCO, Jean Pierre BARBOZA LIVAQUE, Yuvixa COTRINA MENDOZA, Alex LIMAY SILVA, Walner

Cajamarca, 22 de junio del 2015

INDICE

I.OBJETIVOS2

II.MARCO TERICO3

III.MATERIALES Y EQUIPO:6

IV.PROCEDIMIENTO:6

V.DATOS:7

VI.PROCESAMIENTO DE DATOS:8

VII.ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS9

I. OBJETIVOS

Objetivos Generales:

Comprobar experimentalmente la carga y descarga de un capacitor.

Objetivo Especfico:

Determinar las ecuaciones que relacionan el voltaje de un capacitor en funcin al tiempo para los procesos de carga y descarga.

Obtener las curvas de carga almacenada en un capacitor durante los procesos de carga y descarga.

II. MARCO TERICO

Se denomina capacitor al sistema de dos conductores, llamados armaduras, entre los cuales existe un material dielctrico, que pueden almacenar cargas iguales y opuestas (Q), independientemente de, si los dems conductores del sistema estn cargados. La distancia de separacin entre las armaduras es muy pequea comparada con sus dimensiones establecindose una diferencia de potencial entre ellos. Cuando un circuito experimenta cambios o modificaciones de sus elementos, se produce un perodo de transicin durante el cual, las corrientes en las ramas y las cadas de tensin en los elementos varan desde sus valores iniciales hasta otros nuevos valores que caracterizan al rgimen estacionario o permanente. Al perodo de transicin hasta alcanzar el rgimen permanente, se denomina rgimen transitorio y ocurre en circuitos que almacenan energa, como es el caso del capacitor. Proceso de carga del capacitor: Un circuito de carga y descarga de un capacitor es el que se muestra en la figura 1.

El capacitor de capacitancia c, puede almacenar y conservar energa, proceso que se conoce como carga del capacitor, cuando el interruptor S es colocado en la posicin 1.

En la figura 2, se muestra un circuito RC (malla izquierda del circuito de la figura 1). En este caso, al cerrar el interruptor S, el capacitor inicia su proceso de carga el cual se cumple:

Que es la ecuacin de Kirchhoff para la malla. Considerando que

Siendo q (variable) la carga que se est acumulando en el capacitor. Combinando (1) y (2), tenemos:

De donde:

Las condiciones iniciales del proceso quedan establecidas de la siguiente manera:

Resolviendo la ecuacin (3) con las condiciones dadas en (4), se obtiene:

La energa instantnea almacenada en el capacitor, durante el proceso de carga es:

Grficas de las ecuaciones (5) y (6)

Figura 3 Variacin de la corriente (A) y la carga (B) en funcin del tiempo de un capacitor durante el proceso de carga.

Proceso de descarga de capacitor: En el proceso de descarga, el capacitor proporciona la energa que ser disipada en la resistencia. En este caso la direccin de la corriente en la resistencia es de sentido contrario a la que comprende al proceso de carga.

En la figura 5 se observa que para este proceso la fuente queda eliminada (malla derecha del circuito de la figura 1), por lo tanto la ecuacin de la malla es:

Las condiciones iniciales del proceso de descarga quedan establecidas de la siguiente manera:

Resolviendo la ecuacin (9) con las condiciones (10) Obtenemos:

La energa instantnea almacenada en el capacitor, durante el proceso de carga es:

Grficas de las ecuaciones (11) y (12)

Figura 5. Variacin de la corriente (A) y la carga (B) en funcin del tiempo de un capacitor durante el proceso de descarga. En los procesos de carga y descarga el producto se denomina constante de tiempo () del circuito, quedando expresada en segundos, si la resistencia est en ohmios y la capacitancia en faradios.

III. MATERIALES Y EQUIPO: Condensador de 2200 F. resistencia 3.3k. Multitester. Cable cocodrilo. Protoboard. Fuente de poder.

Cronometro

IV. PROCEDIMIENTO:

1. Mida cada una de las componentes como la resistencia y el condensador. 2. Anote los valores de la resistencia R y la capacitancia C. 3. Instale el circuito de la figura 8, tenga en cuenta la polaridad del capacitor.

4. Conecte las puntas cocodrilo banano a la fuente y al circuito revisando la polaridad del circuito. 5. Calibrar la fuente de tensin a un voltaje de salida aproximado de 10V. 6. Seleccionar el multitester a voltaje DC. 7. Conectar el multitester con las puntas de banano cocodrilo al condensador C revisando la polaridad.

8. Para la toma de datos en el proceso de carga, cambiar el cable negativo a la posicin 1.

9. Para la carga encender la fuente y simultneamente activa el cronmetro y toma datos del voltaje (V) y el tiempo (t) respectivamente.

10. Para la descarga apagar la fuente y simultneamente cambiar el cable negativo con el cable positivo 2.

V. DATOS:

TABLA 1

R = 3.251 kC = 2200 F

TABLA 2 : PROCESO DE CARGATABLA 2 : PROCESO DE DESCARGA

PAR Tiempo (t)voltaje (v)PAR Tiempo (t)voltaje (v)

11''0.4669 V12''8.21 V

22''2.167 V24''6.28 V

33''3.436 V36''4.286 V

44''4.196 V48''3.692 V

55''4.875 V510''2.859 V

613''8.07 V611''2.331 V

721''9.23 V713''1.968 V

829''9.73 V815''1.044 V

937''9.92 V920''0.752 V

1048''10 V1040''0.087 V

VI. PROCESAMIENTO DE DATOS:

Realiza una grfica voltaje vs tiempo para cada proceso.

Linealizar los datos y realiza un proceso de regresin lineal de cada proceso y obtn el modelo matemtico V (t) para cada proceso. Obteniendo la ecuacin de la recta

VII. ANLISIS Y DISCUSIN DE RESULTADOS 1. Determine el coeficiente de correlacin para verificar el modelo estadstico. Este coeficiente debe ser mayor al 65 % para validarlo. Proceso de carga : R2 = 0.7622 Proceso de descarga : R2 = 0.609

2. Qu importancia posee el hecho de que los procesos de descarga sean ms rpidos que los de descarga en algunos circuitos electrnicos? 3. Por ejemplo: algunos automviles vienen equipados con un elemento mediante el cual los limpiadores del parabrisas se utilizan de manera intermitente durante una llovizna ligera. En este modo de operacin los limpiadores permanecen apagados durante un rato y luego se encienden brevemente.La duracin del ciclo encendido/apagado es determinada por la constante de tiempo de una combinacin resistor-capacitor.

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