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Laboratorio Física II Carga y descarga de un capacitor

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Krito Hdez

on 10 September 2014

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Transcript of Laboratorio Física II Carga y descarga de un capacitor

MODELO TEÓRICO
Carga de un condensador
Descarga de un condensador
Objetivos
Conclusiones
La rapidez con que se descarga un condensador también depende de la capacidad de dicho condensador y de la resistencia que haya en el circuito de descarga.

Objetivo General
 
Estudiar el comportamiento en función del tiempo de la diferencia de potencial a través del capacitor de un circuito RC en sus procesos de carga (con fem constante) y descarga, confrontando los valores experimental y teórico para la constante de tiempo capacitiva.

Objetivos Específicos
 
*Observar el proceso de carga y descarga de un capacitor
a través de una resistencia.
 *Realizar mediciones y tabular los valores registrados.
 *Trazar las gráficas correspondientes.

Materiales y Equipo
 
Fuente de poder 20VDC
multímetro digital, DM260C
Cronómetro.
CIRCUTO:
Capacitor de 10 μF a 50V.
Resistencias.
2 Interruptores y Cables de Conexión.
(Opcional) Computador, interface, sensores, impresora y software adecuado 


Procedimiento
En los circuitos de CD que contienen capacitores, la corriente siempre está en la misma dirección pero puede variar en el tiempo.

Un circuito RC  es un circuito compuesto de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica.

Laboratorio Experimentación En Física II
Carga y descarga de un capacitor.

Nicolle Alexandra Cruces Arévalo
Juan Ángel Hernández Romo

Aylin Lizett Rengifo Gutiérrez
Carolina Hernández Muñoz
Ingeniería Industrial

Universidad del Valle
Sede Palmira
Método Experimental
 
El circuito a estudiar consta de una fuente de poder,
capacitor y resistencias conectados en serie. El voltímetro permite medir la diferencia de potencial entre las placas del capacitor, en diferentes instantes, contados (mediante el cronómetro) desde el momento en que inicia el proceso de carga (o de descarga).



Montaje
El circuito a estudiar para el proceso de carga y descarga se conecta el voltímetro en paralelo con el capacitor.
Un capacitor o condensador, se asemeja mucho a una batería, pues al igual que ésta su función principal es almacenar energía eléctrica, pero de forma diferente. La función de un capacitor es almacenar cargas eléctricas de forma instantánea y liberarla de la misma forma en el preciso momento que se requiera.
La capacitancia C es la razón entre la carga en una de las placas del capacitor y la diferencia de potencial entre sus placas:

*El capacitor se encuentra inicialmente descargado.

*Cuando el interruptor se cierra, hay un flujo de carga positiva desde la fuente por la resistencia hacia la placa superior del condensador, y simultáneamente desde la placa negativa hacia la fuente.

*Como resultado ambas placas adquieren una carga de la misma magnitud y de signo.

*El proceso de carga continúa hasta que la diferencia de potencial en el capacitor sea igual a la fem de la fuente. Para que alcance este valor final se requiere un tiempo más o menos grande, dependiendo de los valores de C y R.
*El capacitor esta inicialmente cargado.

*Al cerrar el circuito la carga positiva comienza a fluir desde la placa superior hacia la inferior a través de la resistencia.

*Transcurrido un cierto tiempo, que también depende de los valores de C y R, se llegará a un estado final de equilibrio, en el que el capacitor se habrá descargado totalmente.

La rapidez con que se carga un condensador depende de la capacidad de dicho condensador y de la resistencia que haya en el circuito de carga.

Análisis cuantitativo del circuito
(carga)
1. Aplicamos la regla de la espira de Kirchhoff al circuito una vez que el circuito este cerrado.
2. Reemplazamos I por dq/dt y simplifica la ecuación:

Análisis cuantitativo del circuito
(carga)
3. Encontramos una expresión para q, resolviendo esta ecuación diferencial separable

4. Multiplicamos por dt y dividimos entre
Análisis cuantitativo del circuito
(carga)
6. A partir de la definición de los logaritmos naturales, escribimos la siguiente expresión:

5. Integremos esta expresión, donde q = 0 en t = 0,

7. Se puede encontrar la corriente de carga diferenciando la ecuación anterior
respecto al tiempo. Utilizando I = dq/dt, encoentramos que:
8.La cantidad RC, que aparece en los exponentes de las ecuaciones, se llama la
constante de tiempo 𝜏 del circuito.

Análisis cuantitativo del circuito
(carga)
9. La constante de tiempo representa el intervalo de tiempo durante el cual la corriente disminuye hasta 1/e de su valor inicial; es decir, en un intervalo de tiempo t, la corriente decrece a I e1I i 0.368I i. De igual manera, en un intervalo de tiempo t, la carga aumenta de cero a
El siguiente análisis dimensional muestra que tiene unidades de tiempo:

Análisis cuantitativo del circuito
(descarga)
1. Eliminamos la fem para obtener la ecuación de la espira adecuada para el circuito

Análisis cuantitativo del circuito
(descarga)
3. Al integrar esta expresión con q = Q en t = 0 se obtiene

2. Cuando se sustituye I = dq/dt en esta expresión, se convierte en

4. Al diferenciar la ecuación respecto al tiempo se obtiene la corriente
instantánea como función del tiempo:

CONSTANTE DE TIEMPO EXPERIMENTAL
Gracias
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