UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS

INDICE

INTRODUCCION........................................................................................................................2

MARCO TEORICO (CONDENSADORES).............................................................................2

DETALLE EXPERIMENTAL (CONDENSADORES)...........................................................3

CUESTIONARIO (CONDENSADORES).................................................................................4

MARCO TEORICO (BOBINA).................................................................................................5

DETALLE EXPERIMENTAL (BOBINA)................................................................................5

CUESTIONARIO (BOBINA).....................................................................................................6

CONCLUSIONES........................................................................................................................7

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS INTRODUCCION

Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total (esto es, que todas las líneas de campo eléctrico que parten de una van a parar a la otra) separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.Aunque desde el punto de vista físico un condensador no almacena carga ni corriente eléctrica, sino simplemente energía mecánica latente; al ser introducido en un circuito se comporta en la práctica como un elemento "capaz" de almacenar la energía eléctrica que recibe durante el periodo de carga, la misma energía que cede después durante el periodo de descarga.Las bobinas componentes pasivos de dos terminales que generan un flujo magnético cuando se hacen circular por ellas una corriente eléctrica. Se fabrican arrollando un hilo conductor sobre un núcleo de material ferromagnético o al aire. Su unidad de medida es el Henrio (H) en el Sistema Internacional pero se suelen emplear los submúltiplos mH y mH.

MARCO TEORICO (CONDENSADORES)

Básicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Está formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire.

Tiene una serie de características que deberemos aprender a distinguir tales como: Capacidad: Se mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se

suelen utilizar varios de los submúltiplos, tales como: μF=10-6F, nF=10-9 F y pF=10-12 F.

Tensión de trabajo: Es la máxima tensión que puede aguantar un condensador, que depende del tipo y grosor del dieléctrico con que esté fabricado. Si se supera dicha tensión, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar.

Tolerancia: Igual que en las resistencias, se refiere al error máximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.

Polaridad: Los condensadores electrolíticos y en general los de capacidad superior a 1 μF tienen polaridad, eso es, que se les debe aplicar la tensión prestando atención a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1μF, a los que se puede aplicar tensión en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser ésta la incorrecta.

Su comportamiento ideal y real es: Donde:C: la capacidad.u(t): potencial aplicada a sus terminales.i(t): corriente resultante que circula.

Cuando un condensador cambia su valor de capacidad, se dice que es un condensador variable, donde se puede expresar:Donde:

: permitividad del vacío ≈ 8,854187817... × 10−12 F·m−1

: Constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placas.A: área efectiva de las placas;D: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico.

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINASPara tener condensador variable hay que hacer que por lo menos una de las tres últimas

expresiones cambien de valor. De este modo, se puede tener un condensador en el que una de las placas sea móvil, por lo tanto varía d y la capacidad dependerá de ese desplazamiento, lo cual podría ser utilizado, por ejemplo, como sensor de desplazamiento.

DETALLES EXPERIMENTALES (CONDENSADOR)

Procedimiento

En el experimento siguiente se debe analizar el proceso de carga de un condensador de 100 μF (curva de la tensión del condensador y corriente de carga). Montar el circuito experimental representado a continuación.

Abrir el instrumento virtual Fuente de tensión continua, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. En primer lugar, no conecte el instrumento.

Abrir el instrumento virtual Osciloscopio a través de la opción de menú Instrumentos | Instrumentos de medición | Osciloscopio, o también pulsando la siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente:

Aplicar ahora un salto de tensión al condensador, conectando la fuente de tensión continua por medio de la tecla POWER.

CUESTIONARIO (EL CONDENSADOR)

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Ajustes de la fuente de tensión continuaRango 10VTensión de salida 10V

Ajustes del osciloscopioCanal A 5V /divCanal B 200mV/divBase de tiempo

200ms/div

Modo de operación

X/T

Trigger Canal A/flanco ascendente/SINGLE/pre-Trigger 25%

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS

1.- ¿Cuál es la trayectoria de la curva de la tensión del condensador después de que se conecta la tensión continua?

A) Salta inmediatamente a un valor de aproximadamente 10 V y se mantiene en este valor. B) Asciende linealmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y se mantiene en este valor. C) Asciende exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y se mantiene en este valor. D) Asciende exponencialmente hasta alcanzar un valor aproximado de 10 V y, a continuación, vuelve a descender a 0V

Rpta.- Al poner al circuito 10 V, aumenta la tensión del condensador hasta llegar a la cifra del potencial.

2.- ¿Cuál es la trayectoria de la curva de corriente de carga después de que se conecta la tensión continua?

A) Durante todo el proceso de carga se mantiene constante. B) En primer lugar, salta a un valor máximo y luego desciende linealmente hasta llegar a cero. C) Asciende exponencialmente de cero a un valor máximo. D) En primer lugar, salta a un valor máximo y, a continuación, desciende exponencialmente hasta llegar a cero. RptA.- Al fluir la corriente habrá un salto ascendente de intensidad en el condensador, esto implica que la intensidad S en un pequeño instante se acumuló en el condensador para luego seguir fluyendo en el circuito, esta última parte implica el descenso en la gráfica.

3.- ¿Qué reacción ocasionaría una disminución de la resistencia de carga R13 en el valor máximo de la corriente de carga?

A) Ninguna.B) La corriente de carga disminuiría. C) La corriente de carga ascendería.

Rpta.- Se emplea dos fórmulas:Q= CV ……..(1) V= I R……….(2)Se remplaza (2) en (1) y se obtiene esta formulaQ = C (I R)A partir de esta fórmula se puede observar que la corriente es directamente proporcional a la resistencia (I α R).por lo que al disminuir la resistencia disminuye la carga.

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS MARCO TEORICO (BOBINA)

La bobina es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador, la bobina por su forma (espiras de alambre arrollados) almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la mencionada corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético el que establece la  ley de la mano derecha. Al estar la bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior.

Una característica interesante de las bobinas es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellas (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de poder), esta tratará de mantener su condición anterior.

Las bobinas se miden en Henrios (H.), pudiendo encontrarse bobinas que se miden en miliHenrios (mH). El valor que tiene una bobina depende de:

El número de espiras que tenga la bobina (a más vueltas mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

El diámetro de las espiras (a mayor diámetro, mayor inductancia, o sea mayor valor en Henrios).

La longitud del cable de que está hecha la bobina. El tipo de material de que esta hecho el núcleo si es que lo tiene.

La inductancia L de la bobina es, en este caso, un indicador de su capacidad para generar una tensión de autoinducción. Para una bobina alargada es válida la siguiente relación: Donde:μ0 : constante magnética de campo.μr :permeabilidad relativa del núcleo de la bobina, N: número de espiras.l: la longitud de la bobina.A: su sección transversal.

DETALLES EXPERIMENTALES (BOBINA)

Procedimiento

Montar el circuito experimental que se representa a continuación en la tarjeta de experimentación SO4203-6A: Aquí se debe cablear el relé 1 de manera que el clavijero X48 de la tarjeta de experimentación, en estado de reposo, se encuentre conectado al relé con la salida S (ANALOG OUT) de la interfaz.

Abrir el instrumento virtual Fuente de tensión continua, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente. Encienda a continuación el instrumento por medio de la tecla POWER.

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS

Abrir el instrumento virtual Osciloscopio, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla:

Abra el panel de relés por medio de la opción de menú Instrumentos | Relé o pulsando la imagen que se encuentra a continuación.

Cortocircuite brevemente el relé 1 del panel para desconectar la bobina de la alimentación de tensión. Arrastre con el ratón el oscilograma obtenido en la siguiente ventana, y vuelva a conectar el relé en la posición inicial.

CUESTIONARIO (LA BOBINA)

1.- ¿Cuál es la trayectoria de la curva de tensión en la resistencia de descarga R2?

A) Salta a un elevado valor positivo y desciende a continuación lentamente acercándose a 0 V B) Salta a un elevado valor negativo y asciende a continuación lentamente acercándose a 0 V.C) Salta inmediatamente a 0 V Permanece constante

Rpta.- Al abrir el interruptor el voltaje que estuvo en la bobina retorna en un sentido inverso , esto explica porque la gráfica es para abajo y va ascendiendo hasta 0.

Ahora, reemplace la resistencia de descarga: R2 = 500 Ώ por la resistencia R3 = 1500 Ώ y repita el experimento. Lleve el oscilograma a la siguiente ventana.

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Ajustes de la fuente de tensión continuaRango 10VTensión de salida 10V

Ajustes del osciloscopioCanal A 2V/divBase de tiempo 10μs/divModo de operación

X/T,DC

Trigger Canal A/flanco ascendente/pre-trigger 25%

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EXPERIENCIA 6: CONDENSADORES Y BOBINAS2.- ¿Cómo varía la curva de tensión?

A) No varía en lo absoluto. B) La tensión desciende ahora rápidamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciación. C) La tensión desciende ahora rápidamente y el pico negativo muestra una pronunciación marcada. D) La tensión desciende ahora lentamente y el pico negativo muestra una ligera pronunciación. E) La tensión desciende ahora lentamente y el pico negativo muestra una pronunciación marcada. F) La tensión permanece constante.

Rpta.- Teniendo como concepto la inductancia de una bobina se puede buscar una formula en

donde indica que: τ= LR

τ = tiempo para circuitos inducidosL=InductanciaR= resistencia

En este caso se puede apreciar que la resistencia es inversamente proporcional al tiempo por lo que a mayor resistencia menor será el tiempo, en que la tensión desciende, mientras que el pico es más pequeño en esta grafica a comparación del primero.

CONCLUSIONES

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