Carga y descarga de los condensadores t

1. CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES
Universidad Cesar Vallejo, Facultad de Ingeniería y escuela de ambiental
RESUMEN
En esta práctica en laboratorio se trabajará el tema de condensadores, donde el objetivo
será cargarlo y descargarlo usando un protoboard, un condensador, resistencia, una fuente de
energía, un multímetro y un cronometro.
El procedimiento para cargar un condensador es sencillo, se coloca en el protoboard el
condensador y la resistencia en serie, luego se le administra una determinada cantidad de
voltaje y con el multímetro se observara la variación del voltaje en el condensador conforme el
tiempo transcurra. Ahora para descargar un condensador, una vez cargado se apaga la fuente
de energía y simultáneamente se debe medir el voltaje del condensador, la cual ira
descendiendo mediante transcurra el tiempo. Este ejercicio se realizara con los dos
condensadores por separado, para luego hacer una tabla de comparación.
En la practica puede haber algunas dificultades con respecto a los condensadores, ya que
antes de empezar se debe verificar que estén totalmente descargados, de lo contrario se
obtendrá valores totalmente errados.
1. INTRODUCCION
La experiencia de carga y descarga de
un capacitor servirá a los estudiantes
para aclarar y desarrollar los conceptos
aprendidos en la parte teórica del curso,
y así comprender la influencia de los
capacitores en un circuito. Además delo
anterior se buscara familiarizar al
estudiantado a desarrollar experiencias
a fines con la temática vista.
En esta experiencia se pretendió
aplicar el objetivo principal, el cual
busca que el estudiante este en la
capacidad de determinar la forma como
varia el diferencial de tensión en los
bordes del capacitor cuando se somete
a un proceso de carga y descarga de
un circuito RC en serie.
Por último se evaluaran las gráficas
obtenidas, identificando de este modo,
las variables que afectan la carga y
descarga del capacitor
2. MARCO TEORICO
Cuando el circuito RC se conecta aun
generador de señales cuadradas, podemos
observar en un osciloscopio el proceso de
carga y descarga. Un condensador en un
circuito RC serie no se descarga
inmediatamente cuando es desconectada
de una fuente alimentación(ver interruptor
en la FIG 1.) de corriente directa.
Cuando el interruptor pasa de Aa B, el
voltaje en el condensador Vc empieza a
descender desde Vo(voltaje inicial en el
condensador) hasta tener 0 voltios de la
manera que se ve en el gráfico inferior. La
corriente tendrá un valor máximo inicial de
Vo/R y como la tensión disminuirá hasta
llegar a0 amperios. La corriente que pasa
por la resistencia y el condensador es la
misma. Acordarse que el un circuito en serie
la corriente es la misma por todos los
elementos. Los valores de Vc (tensión en el
condensador) e I (corriente que pasa por R
y C) en cualquier instante se pueden
obtener con las siguientes fórmulas:
𝑉𝑐 = 𝑉𝑜 𝑥 𝑒−𝑡 / 𝑇
𝐼 = −(𝑉𝑜 /𝑅)𝑒−𝑡 / 𝑇

2. Donde: T = RC es la constante tiempo Si el
condensador había sido previamente
cargado hasta un valor
E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas
con E.
3. Detalles experimentales:
a. Materiales y metodología:
MATERIAL DESCRIPCION
Fuente de alimentación
regulable
Es un dispositivo que
convierte la tensión
alterna, en una o varias
tensiones, prácticamente
continuas, que alimentan
los distintos circuitos del
aparato electrónico al
que se conecta.
Multímetro digital Es un instrumento
eléctrico portátil para
medir directamente
magnitudes eléctricas
activas como corrientes
y potenciales (tensiones)
o pasivas como
resistencias,
capacidades y otras. Las
medidas pueden
realizarse para corriente
continua o alterna y en
varios márgenes de
medida cada una.
Cables con conectores
mordaza-cocodrilo
Suele estar fabricado de
cobre, están compuestos
por el conductor, el
aislamiento, la capa de
relleno (un material
aislante que permite
conservar la forma
circular del conjunto) y la
cubierta.
Cables de
extensión
Es un trozo de cable
eléctrico flexible, con un
enchufe en uno de sus
extremos y una o varias
tomas de corriente en el
otro.
Resistencia
(diversos
colores)
Se caracterizan por
mantener un valor óhmico
fijo, para potencias
inferiores a 2 W suelen
ser de carbón o de
película metálica.
Protoboard Es un tablero con orificios
conectados
eléctricamente entre sí,
habitualmente siguiendo
patrones de líneas, en el
cual se pueden insertar
cables para el armado de
circuitos y sistemas.
Condensador
electrolítico
Es un tipo
de condensador que usa
un líquido
iónico conductor como
una de sus placas,
típicamente con más
capacidad por unidad de
volumen que otros tipos
de condensadores
Cronometro Un cronómetro es
un reloj de precisión que
se emplea para medir
fracciones de tiempo muy
pequeñas.

3. b. Procedimiento de la obtención de
datos:
ACTIVIDAD A: VOLTAJE DURANTE
LA CARGA Y DESCARGA EN UN
CONDENSADOR.
a) Arme el circuito mostrado en la Fig.2.
Tenga presente la polaridad del
condensador para evitar destruirlo.
Utilice el voltímetro digital y tome nota
de los voltajes en los extremos de la
resistencia y de los condensadores y
anótelas en la tabla 1.
b)
Condensador C1
Valor 1000 mf
TABLA 1
Voltaje
(fuente)
Voltaje en
R
Voltaje en
C1
10 V 11,9 KΩ 9,9 v
c) Arme el circuito mostrado en la Figura 3.
Tenga presente la polaridad del
condensador para evitar destruirlo. Deje
suelto el cable conector. Poner el cable
conector en el punto b, encienda la
fuente y simultáneamente active el
cronometro y registrar en Tabla 2 la
variación de voltaje en el condensador
con el tiempo.
TABLA 2
d) Una vez completado el primer cuadro,
Apagar la fuente inmediatamente poner
el cable conector al punto a y
simultáneamente activar el cronometro y
registrar en la Tabla 3 la variación del
voltaje en el condensador con el tiempo.
e) Repita los pasos 5 y 6 registrando en
cada caso la variación de voltaje para la
tabla 2 (carga) y tabla 3 (descarga).
TABLA 3

4. 4. RESULTADOS
a) RECOLECCIÓN DE DATOS
Para comenzar, se halló la
resistencia de cada uno de los
capacitores, como también la
resistencia, utilizando el voltímetro
obtener los valores de los voltajes
Voltaje
(fuente)
Voltaje en
R
Voltaje en
C1
11,9 KΩ 9,9 v
Se procede luego a armar un circuito
con la fuente y el voltímetro para
medir el voltaje durante la carga y
descarga del condensador.
CARGA
Después de haber conectado todo el
circuito junto y colocar la resistencia
en el protoboard, regulamos el
voltaje de salida a unos 10 voltios,
encendiéndola y a la vez
cronometrando el tiempo de
variación del voltaje.
Al estar cronometrando
procederemos a evaluar el voltaje
cada 10 segundos para obtener la
variación del condensador.
Se coloca los valores obtenidos del
voltaje cronometrado en una tabla
de carga en un promedio de 120
segundos.
Luego de haber adquirido el voltaje
promedio de cada condensador
procedemos a la descarga de cada
condensador en un tiempo de 120
segundos
DESCARGA
T(seg) 10 20 30 40 50
Vc(lec 1) 44.6 3.90 2 1.45 0.93
Vc lec2) 7.88 5.61 3.74 2.59 1.69
Vc(prom) 26.24 4.755 2.87 2.02 1.31
60 70 80 90 100 110 120
0.64 0.43 0.31 0.22 0.16 0.12 0.01
1.15 0.81 0.53 0.36 0.26 0.18 0.14
0.895 0.62 0.42 0.29 0.21 0.15 0.075
Luego de haber adquirido el voltaje
promedio del condensador
procedemos a la descarga en un
tiempo de 120 segundos.
5. CONCLUSIÓN
 .
 .
 .
 -

6. RECOMENDACIÓN
 Recomendamos a todo
estudiantil utilizar
instrumentos más adecuados
y que estén en buen
funcionamiento para así
obtener resultados más
próximos con la parte teórica
T(seg) 10 20 30 40 50
Vc(lec 1) 5,66 7.96 8.91 9.36 9.58
Vc lec2) 5,70 8 9 9.45 9.68
Vc(prom) 5,68 7.98 8.955 9.405 9.63
60 70 80 90 100 110 120
9.69 9.75 9.79 9.80 9.82 9.84 9.85
9.78 9.83 9.86 9.87 9.88 9.89 9.89
9.735 9.79 9.825 9.835 9.85 9.865 9.87

5. y así para aplicar en el campo
de ingeniería.
 Sugerimos que para tener
certeza del experimento que
se va realizar debe estar
guiado por un profesor
especialista y se debe hacer
los experimentos más de una
vez por ejemplo dos o tres
veces.
7. BIBLIOGRAFIA
 Sears , F.W. ; Zemansky , M ;
Young , H. ; Freedman , R. :
FISICA UNIVRESITARIA Vol.
II .Undécima edición . México
.Pearson Education . Paginas:
De 997 a 1001 .[2]
 Serway , R. ; Jeweet , J. :
FISICA PARA CIENCIAS E
INGENIERÍA Vol. II :5ta
edición . México. Thomson
editores. 2005
 http://www.planetaelectronico.
com/cursillo/tema2/tema2.3.ht
ml
http://images.google.com.pe/i
mages?&um=1&hl=es&q=car
ga+en+un+circuito+RC&&sa=
N&start=40&ndsp=20
8. CUESTIONARIO
1.- Diga que observa según los
resultados obtenidos en la tabla 1.
Explicar teóricamente ¿se verifica
la segunda ley de Kirchhoff?
La tabla uno nos muestra el voltaje
de cada condensador, el cual
procedimos a descargar cada uno
verificándose la segunda ley de
kirchoff, la cual menciona que
cualquier carga que se mueve en
torno a cualquier circuito cerrado
debe ganar tanta energía como la
que se pierde, nos hace referencia a
la conservación de energía,
entonces nos quiere decir que la
corriente que circula hacia el punto
de derivación el igual a la suma de
las corrientes que abandonan dicho
punto.
2) De la tabla 2 y 3, trazar las
curvas características de voltaje
(eje vertical) en función del tiempo
para la carga y descarga del
condensador (usar para el voltaje
los valores promedio de tabla 2 y
tabla 3 respectivamente). ¿Hay
concordancia con los gráficos
teóricos mostrados? Explicar.
De la tabla 2:

6. De la tabla 3:
 Se observa la relación que hay
entre el tiempo con la carga el
condensador, es un tipo de
relación directa entonces cuando
aumenta el tiempo también
aumenta la carga del
condensador.
 Por otro lado la relación que tiene
la descarga del condensador con
respecto al tiempo es una
relación indirecta, a medida que
transcurra más tiempo la carga
del condensador es menor pero
estrictamente la carga con el
condensador aumentan o
decrecen exponencialmente.
4) Calcula la constante de tiempo
( 𝝉 =RC) con los datos que ha
utilizado en la práctica.
5) Una resistencia de 20k Ω se
conecta a un condensador de
40µF enserie. Ambos se conectas
a una fuente de 60 voltios. Halle
para la carga del condensador
a)
𝑑𝑞
𝑑𝑡
+ (
1
𝑅𝐶
) 𝑞 + (−
𝑉
𝑅
) = 0
𝑞
0.2
+ (
1
20𝑥103 𝑥40𝑥10−6
) 𝑞
= (
60
20𝑥103
)
𝑞
0.2
+
𝑞
0.8
= 3𝑥10−3
q= 4.8x10-4
b)
q(t)=c V (e-t/r) =Q0(e-t/r)
q(0.2)=40x 10-6.60 (e-0.2/0.8)
q= 9.34 x 10-3coulomb
c)
𝑑𝑞
𝑑𝑡
+ (
1
𝑅𝐶
) 𝑞 + (−
𝑉
𝑅
) = 0
𝑞
0.4
+
𝑞
0.8
= 3𝑥10−3
q = 8x 10-4

7. 7) Cuando se conectan en serie
tres condensadores 47 µ𝑭, 22 µ𝑭 y
10 µ𝑭. Calcular en forma teórica la
capacidad equivalente.
C1= 47; C2=22; C3=10
1
1
47
+
1
22
+
1
10
= 5.99 µ𝐹
8) Los mismos condensadores de
la pregunta 6 se conectan en
paralelo. Calcular en forma teórica
la capacidad equivalente. Dar una
opinión al respecto.
9) Realice un pequeño resumen de
los usos y aplicaciones más
frecuentes de los condensadores
en la electrónica y que tipo de
condensadores existen.
Se usan en Circuitos
temporizadores, Filtros en circuitos
de radio y TV, Fuentes de
alimentación y arranque de Arranque
de motores. Los condensadores
electrolíticos pueden tener mucha
capacitancia, permitiendo la
construcción de filtros de muy baja
frecuencia. En circuitos que deben
conducir corriente alterna pero no
corriente continúa. 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.
Sistemas de transferencia de
potencia: En el área de energía las
propiedades de los supe
condensadores son de gran
importancia para la transferencia de
energía. Uno de los usos más
extendidos de supe condensadores
es su uso en sistemas micro
electrónicos, memorias de
computadoras y relojes y cámaras
de alta precisión. Su uso permite
mantener el funcionamiento de los
dispositivos durante horas e incluso
días.En aplicaciones de energía
solar es necesario estabilizar la
tensión suministrado por las fotos
celdas, por lo que se utilizan supe
condensadores de 2400 F
dispuestos en paralelo para
estabilizar el suministro de energía
eléctrica.
Tipos de condensadores
eléctricos:
a) Condensadores de aire:
Se trata de condensadores,
normalmente de placas paralelas,
con dieléctrico de aire y
encapsulados en vidrio.
b) Condensadores de mica:
La mica posee varias propiedades
que la hacen adecuada para
dieléctrico de condensadores: bajas
pérdidas, exfoliación en láminas
finas, soporta altas temperaturas y
no se degrada por oxidación o con la
humedad.
c) Condensadores de papel: El
dieléctrico es papel parafinado,
bakelizado o sometido a algún otro
tratamiento que reduce
su higroscopia y aumenta el
aislamiento.
d) Condensadores
autoregenerables:

8. Los condensadores de papel tienen
aplicaciones en ambientes
industriales.
e) Condensadores electrolíticos:
Es un tipo de condensador que
utiliza un electrolito, como su primera
armadura, la cual actúa
como cátodo.