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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA
PREINFORME CIRCUITO RC
OBJETIVOS:
● OBJETIVO GENERAL
○ Comprobar experimentalmente la dependencia de la carga con el tiempo en un capacitor en el proceso de descarga en un circuito R.C. ● OBJETIVOS ESPECÍFICOS ○ Obtener una tabla de la carga en el capacitor versus el tiempo en el proceso de descarga en un circuito RC. ○ Del gráfico de carga versus el tiempo obtener la ecuación que relaciona la carga con el tiempo en el proceso de descarga en un circuito RC. ○ Obtener la constante de tiempo [ = RC] para el circuito específico RC. O Permitir que el estudiante proponga una práctica que se pudiera desarrollar para el proceso de carga en un circuito RC. MARCO TEÓRICO: CAPACITANCIA: es la capacidad de un componente o circuito para recoger y almacenar energía en forma de carga eléctrica. Los capacitores son dispositivos que almacenan energía, disponibles en muchos tamaños y formas. Consisten en dos placas de material conductor (generalmente un metal fino) ubicado entre un aislador de cerámica, película, vidrio u otros materiales, incluso aire. El aislante también se conoce como un dieléctrico y aumenta la capacidad de carga de un capacitor. A veces, los capacitores se llaman condensadores en la industria automotriz, marina y aeronáutica. Las placas internas están conectadas a dos terminales externos, que a veces son largos y finos, y se asemejan a diminutas antenas o patas metálicas. Estos terminales se pueden conectar a un circuito. Los capacitores y las baterías almacenan energía. Mientras que las baterías liberan energía poco a poco, los capacitores la descargan rápidamente.
Imagen 1 CAPACITANCIA: https://www.fluke.com/es-co/informacion/blog/electrica/que-es-la- capacitancia#:~:text=La%20capacidad%20se%20expresa%20como,Faraday%20(1791%2D1867). La capacitancia se expresa como la relación entre la carga eléctrica de cada conductor y la diferencia de potencial (es decir, tensión) entre ellos. El valor de la capacitancia de un capacitor se mide en faradios (F); denominados así en honor al físico inglés Michael Faraday (1791-1867). Un faradio es una gran cantidad de capacitancia. La mayoría de los dispositivos eléctricos domésticos contienen capacitores que producen solo una fracción de un faradio, a menudo una millonésima parte de un faradio (o microfaradio, ?F) o tan pequeños como un picofaradio (una billonésima parte, pF). Por otra parte, los supercapacitores pueden almacenar grandes cargas eléctricas de miles de faradios. La capacitancia puede aumentar cuando: ● Las placas de un capacitor (conductores) están colocadas más cerca entre sí. ● Las placas más grandes ofrecen más superficie. ● El dieléctrico es el mejor aislante posible para la aplicación. Los capacitores vienen de varias formas. En los circuitos eléctricos, los capacitores se usan con frecuencia para bloquear la corriente continua (CC), a la vez que permiten el flujo de la corriente alterna (CA). Algunos multímetros digitales ofrecen una función para medir la capacitancia, entonces los técnicos pueden: ● Identificar un capacitor desconocido o sin etiqueta. ● Detectar capacitores abiertos o en cortocircuito. ● Medir directamente los capacitores y mostrar su valor. Imagen 2: Los capacitores son de diferentes formas tomado de: https://www.fluke.com/es-co/informacion/blog/electrica/que-es-la-capacitancia#:~:text=La %20capacidad%20se%20expresa%20como,Faraday%20(1791%2D1867). (1) VOLTAJE: El voltaje es la magnitud que da cuenta de la diferencia en el potencial eléctrico entre dos puntos determinados. También llamado diferencia de potencial eléctrico o tensión eléctrica, es el trabajo por unidad de carga eléctrica que ejerce sobre una partícula un campo eléctrico, para lograr moverla entre dos puntos determinados. Cuando se unen dos puntos que presentan diferencia de potencial eléctrico con un material conductor, se producirá un flujo de electrones, lo que se conoce como corriente eléctrica, que llevará parte de la carga desde el punto de mayor al de menor potencial. Dicha diferencia de potencial eléctrico es el voltaje, y dicha corriente cesará en cuanto ambos puntos tengan el mismo potencial, a menos que se mantenga cierta diferencia de potencial mediante un generador o una fuente externa de algún tipo.
Imagen 3: Tiempo de relajación tomado de: http://personales.upv.es/jquiles/prffi/conductores/ayuda/hlprc.htm En un proceso de descarga, partiendo de un condensador cargado, al cerrar el interruptor, el condensador se descarga a través de la resistencia, disminuyendo la carga en la forma Q = Qoe-t/RC. La intensidad comienza valiendo Qo/RC y disminuyendo en la forma: Ec. 2 Al producto RC se le llama constante de tiempo del circuito t y equivale al tiempo que el condensador tardaría en descargarse de continuar en todo momento la intensidad inicial Io. También equivale al tiempo necesario para que el condensador adquiera una carga igual al 0,37 (1/e) de la carga inicial, o lo que es lo mismo que la intensidad decrece hasta 0,37 Io (3). CARGA Y DESCARGA DEL CAPACITOR: imagen 4: Circuito eléctrico tomado de: https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/files/ CARGA_Y_DESCARGA_DE_UN_CAPACITOR.pdf ● Carga del Capacitor: Cuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no se carga instantáneamente sino que adquiere cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito. La Figura 4 representa un capacitor y una resistencia conectados en serie a dos puntos entre los cuales se mantiene una diferencia de potencial. Si q es la carga del condensador en cierto instante posterior al cierre del interruptor e i es la intensidad de la corriente en el circuito en el mismo instante, se tiene:
Ec. 3 Donde Qf es el valor final hacia el cual tiende asintóticamente la carga del capacitor, I0 es la corriente inicial y e = 2,718 es la base de los logaritmos naturales. En la Figura 5 se representa la gráfica de ambas ecuaciones, en donde se observa que la carga inicial del capacitor es cero y que la corriente tiende asintóticamente a cero. Al cabo de un tiempo igual a RC, la corriente en el circuito ha disminuido a 1/e [≅ 0,368] de su valor inicial. En este momento la carga del capacitor ha alcanzado una fracción (1 – 1/e) [≅ 0,632] de su valor final. El producto RC es, en consecuencia, una medida de la velocidad de carga del capacitor y por ello se llama constante de tiempo. Cuando RC es pequeña, el capacitor se carga rápidamente; cuando es más grande, el proceso de carga toma más tiempo. Imagen 5: Carga y descarga representada gráficamente tomado de: https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/files/ CARGA_Y_DESCARGA_DE_UN_CAPACITOR.pdf ● Descarga del capacitor: Supongamos ahora, en la Figura 1, que el capacitor ya ha adquirido una carga Q0 y que además hemos quitado la fuente del circuito y unido los puntos abiertos. Si ahora cerramos el interruptor, tendremos que:
(4) CARGA Y DESCARGA DE CAPACITORES. (s. f.). FISICA II TRABAJOS
PRÁCTICOS DE LABORATORIO. Recuperado 15 de abril de 2021, de
https://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/files/
CARGA_Y_DESCARGA_DE_UN_CAPACITOR.pdf
(5) AJUSTE DE CURVAS. (s. f.). METODOS DE AJUSTE DE CURVAS.
Recuperado 15 de abril de 2021, de
https://disi.unal.edu.co/~lctorress/MetNum/MeNuCl04.pdf
