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La Figura 1 muestra un circuito simple para cargar un capacitor visto con un LED. Un circuito como este, 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 femE 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 Qf y una diferencia de potencial Vmax. Aplicando la ley de Kirchhoff para las mallas se obtiene que:

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Cuando el capacitor se descarga a través del resistor, entonces se demuestra que

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La Figura 2 muestra el circuito de descarga del capacitor.

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En el proceso de carga, una vez que el tiempo es igual a RC, la corriente en el circuito R- 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 Qt. 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 Ʈ, donde:

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3.1 Ideas Previas

- Cuando un capacitor, una material 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?

RTA: La carga máxima del condensador siempre será la misma ya que la función de la resistencia es influir o hacer variar el tiempo que tarda en cargarse el capacitor. Es decir que la finalidad del resistor es crear una constante de tiempo para utilizar al circuito en alguna forma de temporizador y/o 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 utilizaría este hecho para medir resistencias muy grandes, del tipo que son demasiado grandes como para medirlas con métodos más convencionales?

- Verifique que la constante de tiempo RC tiene unidades de tiempo.

5. 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.

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Siga las siguientes instrucciones para el desarrollo de la práctica:

- Cerciórese de que el capacitor este 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

CARGUE DE CAPACITOR

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DESCARGUE DE CAPACITOR[pic 17]

- 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 le 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.

6. RESULTADOS

Del debido proceso de toma de tiempos y recopilación de la información se obtuvo lo siguiente:

FUENTE DE VOLTAJE

10 ν

RESISTENCIA

150 Ω

CONDENSADOR

22 μF

Carga

1:39 mins

CONDENSADOR

100 μF

Descarga

0:37 mins

7. 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.

RTA: La capacitancia de un dispositivo es una medida de su capacidad para almacenar carga y energía potencial eléctrica. Así, mediante la práctica se determinó que la capacitancia siempre será una cantidad positiva y que además depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico, etc).

Durante la práctica se emplearon dos capacitores, uno para el proceso de CARGA de 22 μF y otro para el proceso de descarga de 100 μF.

Entonces partiendo de despejamos y obtenemos y con resistencia de 150 Ω, debido a que no se realizó las gráficas en Datastudio para un ajuste lineal del tiempo se procede a realizar un estimativo de tiempo de 0.005 seg basándose en los valores del capacitor y la resistencia.[pic 18][pic 19]

La capacitancia