4 Carga y descarga de un Capacitor (1).docx

FACULTAD DE INGENIERÍA
5894093 ext. 3033
FISICA II
GUÍA DE LABORATORIO No. 04
VERSIÓN: 03
FECHA: 23 DEjunio de2015
GUÍA: 04
ELABORÓ: SANDRA DAZAY
LETICIAACOSTA
REVISÓ: ARACELYS AVILA
APROBÓ: OBER ROMERO
GUIA N° 4 CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR
Objetivo General
Analizar la forma como varía la diferencia de potencial en los terminales de un
capacitor al someterlo a un proceso de carga y descarga en un circuito RC, así
como la intensidad de corriente que circula en el circuito RC en ambos casos.
Objetivos Específicos
 Determinar el voltaje en las terminales de un capacitor que se carga y descarga
en un circuito RC.
 Analizar el comportamiento de la corriente durante el proceso de carga y
descarga de un capacitor en un circuito RC.
 Determinar la constante de tiempo del capacitor para el circuito RC estudiado.
Materiales de Laboratorio
Sensor de Voltaje

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Protoboard
Fuentes de voltaje -
Resistor
Condensadores

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Leds
Cables conectores
Fundamentos Físicos
Un 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.
En el caso de los filtros de alimentadores de corriente se usan para almacenar la
carga, y moderar el voltaje de salida y las fluctuaciones de corriente en la salida
rectificada. También son muy usados en los circuitos que deben conducir corriente
alterna, pero no corriente continua. Los condensadores electrolíticos pueden tener
mucha capacitancia, permitiendo la construcción de filtros de muy baja frecuencia.

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También se utilizan en circuitos temporizadores, filtros en circuitos de radio y TV,
fuentes de alimentación, arranque de motores, etc.
a) b)
Figura 1. Carga de un capacitor, a) El interruptor está abierto no hay flujo de corriente podemos
apreciarlo debido a que el led se encuentra apagado; b) El interruptor está cerrado hay flujo de
cargas en el circuito el capacitor se está cargando
La figura 1 muestra un circuito simple para cargar un capacitor visto con un led. Un
circuito como éste, que tiene un resistor y un capacitor conectados en serie, se llama
circuito R-C. Se ha idealizado la batería (o fuente de energía eléctrica) para que
tenga una fem constante y una resistencia eléctrica igual a cero (R = 0), y se
desprecia la resistencia de todos los conductores de conexión. Se comienza con el
capacitor descargado; después, en cierto momento inicial, t = 0, se cierra el
interruptor, lo que completa el circuito y permite que la corriente alrededor de la
espira comience a cargar el capacitor, le ponemos un led para poder visualizar cómo
se comporta el circuito. Este adquiere una carga eléctrica final y una diferencia
de potencial Aplicando la ley de Kirchhoff para las mallas, se obtiene que
Cuando el capacitor se descarga a través del resistor, entonces se demuestra que
La figura 2 muestra el circuito de descarga del capacitor.
a) b) c)

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Figura 2. Descarga de un capacitor, a) Interruptor cerrado el capacitor está
cargándose por lo tanto el led este encendido; b) Se abre el interruptor el capacitor
está cargado por lo tanto podemos ver que el led aún sigue encendido, pero a
medida que el capacitor se va descargando este se va apagando; c) El capacitor se
ha descargado completamente el led se apaga.
En el proceso de carga, una vez que el tiempo es igual a RC, la corriente en el
circuito R-C ha disminuido a 1/e (alrededor de 0.368) de su valor inicial. En ese
momento la carga del capacitor ha alcanzado el (1 – 1/e) = 0.632 de su valor final
Qf. Por lo tanto, el producto RC es una medida de la rapidez con que se carga el
capacitor. El término RC recibe el nombre de constante de tiempo, o tiempo de
relajación, del circuito, y se denota por , donde:
Ideas Previas
 Cuando un capacitor, una batería y un resistor se conectan en serie, ¿el
resistor afecta la carga máxima que se almacena en el capacitor? ¿Por
qué? ¿Qué finalidad tiene el resistor?
La carga máxima del capacitor será siempre la misma, lo que hace variar el
resistor es el tiempo que tarde en cargarse el capacitor: Eso se llama Tau:
constante de tiempo y es igual al valor de la resistencia (en ohmios) multiplicada
por la capacidad (en faradios), y te da el resultado en segundos. Normalmente
se considera que después de 3 o 4 veces ese tiempo, el capacitor ya está
completamente cargado (teóricamente, el tiempo de carga final sería infinito).
Las finalidades del resistor pueden ser 2:
1)Crear esa constante de tiempo para utilizar al circuito en alguna forma de
temporizador
2)Si se trata de capacitores grandes, limitar la corriente de carga del mismo a
valores aceptables para la batería y la instalación.
 Para resistencias muy grandes es fácil construir circuitos RC que
tengan constantes de tiempo de varios segundos o minutos. ¿Cómo se

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utilizaría este hecho para medir resistencias muy grandes, del tipo que
son demasiado grandes como para medirlas con métodos más
convencionales?
para resistencias grandes obteniendo el tiempo y la medida del voltímetro en el
circuito para así estimar de manera análoga el valor de la resistencia.
 Verifique que la constante de tiempo RC tiene unidades de tiempo.
τ = RC se llama constante de tiempo del circuito. Es un indicador de la velocidad
de reacción del circuito ante una perturbación (debido a un escalón de tensión).
Cuanto mayor sea este valor, el valor final del estado de equilibrio se alcanzará
más rápidamente.
(llama constante de tiempo del circuito t y equivale al tiempo que el condensador tardaría en cargarse de
continuar en todo momento la intensidad inicial Io. También equivale al tiempo necesario para que el
condensador se cargue con una carga equivalente)
Ejemplo 1: ¿Cuál es la carga sobre un capacitor de 4uf cargado por 12 v durante un tiempo T = R*C?
𝑞 = 𝐶𝑉 (1 − 𝑒
−
−𝑡
𝑅𝐶 )
𝑞 = 𝐶𝑉(1 − 𝑒−1)
𝑒 = 2.718 𝑒−1
= 0.63
𝑞 = 𝐶𝑉(1 − 0.37)

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Constante de tiempo
𝑡 = 1400Ω ∗ 4𝜇𝑓
𝑡 = 560 𝑚𝑠
Actividad Práctica
La figura 1 muestra el circuito de estudio. Realice el montaje de acuerdo al mismo.
Tenga en cuenta que de realizar una conexión indebida puede causar daños
irreparables en el equipo de trabajo.
A) Carga B) Descarga
Figura 1. Montaje Ilustrativo
Siga las siguientes instrucciones para el desarrollo de la práctica:
 Cerciórese de que el capacitor esté descargado. Para tal fin, toque ambos
terminales del condensador con algo metálico de ser posible con un
destornillador. No toque usted ninguno de los terminales.
 Verifique bien la conexión del interruptor que se aprecia en el montaje de la
figura.
 Comience la toma de datos. Una vez realizado esto encienda la fuente de
voltaje. El interruptor debe estar en la posición de carga.
 Realice una gráfica de voltaje vs. tiempo y una gráfica de corriente vs. tiempo.

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 Tenga en cuenta que la toma de datos debe durar lo que tarde el capacitor
en alcanzar su máxima carga. Sin para la toma de datos, coloque el
interruptor en la posición de descarga, espere que descargue totalmente y
finalice la toma de datos.
 Utilice las herramientas de ‘Datastudio’ y determine el tiempo que tarda en
alcanzar la mitad del máximo valor de voltaje que logra el capacitor.
Preguntas
Apoyándose en las gráficas y en los resultados de las mediciones realizadas
conteste las siguientes preguntas:
 ¿Cómo puede obtener la capacitancia del capacitor empleado a partir
de la información arrojada en esta práctica? Compare este resultado
con el valor nominal dado por el fabricante y explique las posibles
causas del error entre ambos valores.
 ¿Cómo varía la carga del capacitor a medida que este se descarga?
Relaciónelo con la forma en que varía la corriente a través del circuito
RC. ¿Qué puede concluir al respecto?
Inicialmente el condensador está descargado. Si se cierra el interruptor I la carga
empieza a fluir produciendo corriente en el circuito, el condensador se empieza
a cargar. Una vez que el condensador adquiere la carga máxima, la corriente
cesa en el circuito. La intensidad de corriente de un circuito aumenta cuando se
aumenta el voltaje sin variar la resistencia. La intensidad de corriente de un
circuito disminuye cuando se aumenta la resistencia sin variar el voltaje.

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 Relacione la forma en que varían el voltaje y la corriente a través del
capacitor durante las etapas de carga y descarga del capacitor.
La esencia de la relación al voltaje y la corriente de un capacitor es esta: La
cantidad de corriente a través de un capacitor depende de tanto la capacitancia
y la velocidad en que el voltaje aumenta o disminuye.
 Determine el tiempo que tarda el capacitor en descargarse al punto en
que el voltaje se reduzca en un 63% de su voltaje máximo. ¿Qué
representa este valor?
63% de 16 V seria 10.08V16V-10.08V= 5.92VSegún los datos obtenidos en
el laboratorio, cuando el capacitor se encuentre en el proceso de descargue
al punto de 5.92 V, el tiempo tardado será 15 segundos. El valor indica la
rapidez de descarga y ocurre en el tiempo t=R*C siendo la carga del capacitor
igual a:q−Qinicial/C
Este tiempo se denomina constante de tiempo.
 ¿Qué sucede con la energía que la fuente de poder suministra durante
la etapa de carga, una vez se activa la etapa de descarga?
La energía acumulada por las placas del capacitor transcurre por el circuito y
pasa por la resistencia mientras ésta va disipando la carga que tenía el
capacitor, hasta que ésta llega a ser cero

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Al momento de la descarga estas cargas se distribuyen en el circuito y otra parte se
transforma en calor
EVIDENCIAS

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CONCLUSION
Se pudo analizar que el efecto que tiene una resistencia en el proceso de carga y
descarga de un condensador (capacitor), es en que hará variar la Constante de
tiempo dependido de su valor Óhmico, o sea, a mayor resistencia mayor tiempo
de carga o descarga. Con esto se pudo concluir que, el condensador tiene la
capacidad de cargar y descargar una cantidad de energía eléctrica. en función del
tiempo y que esta fluye rápidamente si no posee una resistencia que restrinja el
paso directo de esta.
Referencias Biliográficas
[1] R. Serway y J. Jewett. Física para ciencias e ingeniería vol 2, 7a edición. Ed
Cengage Learning. 2008.
[2] D. Halliday, R. Resnick e I. Walker. Física vol. 2, 5a edición, Jhon Wiley & Sons
N.Y., USA. 1997.
[3] S. Gil y E. Rodríguez.Física re-creativa: experimentos de Física usando nuevas
tecnologías. Argentina: Prentice-Hall, 2001.
[4] F. Sears, M. Zemansky, H. Young y R. Freedman. Física universitaria, vol. 2,
12a .ed. México: Addison Wesley Longman, 2009.

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[5] H. Benson. Física universitaria, Vol. 2. México: CECSA, 2000.
[6] Physics labs with computers teacher´s guide, Vol. 1. United States of America:
PASCO
Scientific, 1999.

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