Laboratorio fisica 2 - Nota: 9.8 PDF

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CURSO:CALCULOS APLICADO A LA FISICA 2TEMA:LABORATORIO: CARGA Y DESCARGA DE UNCONDENSADORPRESENTADO POR:AREQUIPA – PERU2019INFORME N° 2CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR1. OBJETIVOS Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.  Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corrie...

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CURSO: CALCULOS APLICADO A LA FISICA 2

TEMA: LABORATORIO: CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

PRESENTADO POR:

AREQUIP AREQUIPA A – PE PERU RU 2019

INFORME N° 2 CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

1. OBJETIVOS  Analizar el proceso de carga y descarga de un condensador.  Interpretar las gráficas de variación de voltaje y corriente respecto al tiempo para un condensador. 2. MATERIALES Y EQUIPOS  Una (01) fuente eléctrica  Un (01) voltímetro digital (multímetro)  Un (01) amperímetro digital (multímetro)  Un (01) condensador electrolítico de 4700 μF  Un (01) resistor de 4,7 kΩ  Tres (03) cables conductores rojos  Tres (03) cables conductores negros  Un (01) tablero de conexiones (protoboard)  Siete (07) puentes de conexión  Un (01) interruptor de 3 vías (conmutador)  Un (01) cronómetro

3. MARCO TEÓRICO: 3.1. CARGA Y DESCARGA DE UN CONDESADOR 3.1.1. Definición: Los condensadores son elementos de electrónica capaces de almacenar una determinada cantidad de cargas eléctricas. Básicamente, constan de dos conductores separados por un dieléctrico o aislante, de modo que no existe entre ellos contacto eléctrico. Estos conductores son denominados placas o armaduras. La capacidad de un condensador es directamente proporcional a la superficie enfrentada de sus placas e inversamente proporcional al espesor de su dieléctrico; según esto, es evidente que cuanto mayor sea la superficie de las armaduras que esté enfrentada, mayor será la capacidad del condensador. Al mismo tiempo, cuanto mayor sea el espesor del dieléctrico o aislante, es decir, cuanto mayor sea la separación entre las placas, menor será la capacidad del condensador.

Figura 1.- condensador La unidad de capacidad es el Faradio (F); pero, dado que esta unidad es muy grande, se utilizan normalmente sus submúltiplos:

El microfaradio (µF) ⇒ 1 µF

= 10-6 F

El nanofaradio (nF) ⇒ 1 nF

= 10-9 F

El picofaradio (pF) ⇒ 1 pF

= 10-12 F

La razón entre la magnitud de la carga � en uno de los conductores y la diferencia de potencial ∆� entre dichos conductores, se llama capacitancia � del condensador, y es expresada mediante:

La capacitancia depende de la forma geométrica, tamaño y separación de los conductores, así como de la naturaleza del material aislante que los separa. Además, el trabajo realizado al cargar el condensador se presenta como energía potencial eléctrica � almacenada en el mismo, expresada como:

3.1.2. Carga de un Condensador Un circuito con conexión en serie entre un resistor de resistencia � y un condensador de capacitancia �, se llama circuito ��. En el circuito �� mostrado en la figura 2.a, el interruptor � está abierto, no existe corriente (�= 0) y el condensador está inicialmente descargado ( � = 0).

Si el interruptor � se cierra en � = 0 (figura 2.b), se establece corriente en el circuito y el condensador inicia su carga mediante la batería de fem �. Para � > 0, la carga � y la corriente � varían con el tiempo según.

siendo �0 la corriente inicial y �� la carga máxima en el condensador cuando la corriente se vuelve nula. Las gráficas de estas ecuaciones se muestran en la figura 3

Figura 2 La medida de la rapidez de carga del condensador se conoce como constante de tiempo � del circuito, dada por.

Cuando � es pequeña, el condensador se carga con rapidez; cuando es grande, el proceso de carga es más lento

Figura 3

3.1.3. Descarga de un Condensador En el circuito �� abierto de la figura 4.a, el condensador posee una carga almacenada �0. Si en � = 0 se cierra el interruptor � (figura 4.b), se establece una corriente � (en sentido opuesto al generado cuando se carga), y el condensador inicia su descarga a través de la resistencia. Así, para � > 0, la carga � y la corriente � disminuyen con el tiempo según:

Figura 4 La corriente y la carga decaen exponencialmente según la constante de tiempo �, representadas gráficamente en la figura 5.

Figura 5

4. Resultados 4.1. Datos del experimento Tabla 1



6 PROCES O T(S)

8

CARGA V (V)

DESCARGA I

V (V)

CARGA I

V (V)

DESCARGA I

V (V)

I

0

0.00

0.800

6.0000

-9.40E-03

0.00

1.130

8.000

-1.63E-03

10

2.13

0.740

4.0500

-8.50E-04

2.96

1.120

5.060

-1.10E-03

20

3.71

0.510

2.5100

-5.41E-04

4.83

0.680

3.140

-6.71E-04

30

4.58

0.310

1.5100

-3.18E-04

6.08

0.420

1.995

-4.12E-04

40

5.11

0.140

0.9500

-1.95E-04

6.84

0.250

1.242

-2.54E-04

50

5.47

0.120

0.6060

-1.23E-04

7.32

0.150

0.777

-1.56E-04

60

5.68

0.070

0.3720

-7.98E-05

7.57

0.090

0.482

-1.00E-04

70

5.81

0.058

0.2390

-5.14E-05

7.74

0.060

0.303

-9.74E-05

80

5.89

0.032

0.1470

-3.10E-05

7.84

0.044

0.195

-6.41E-05

90

5.94

0.021

0.0977

-2.00E-05

7.91

0.029

0.126

-4.10E-05

100

5.97

0.014

0.0647

-1.30E-05

7.95

0.020

0.085

-2.60E-05

110

6.00

0.010

0.0444

-9.00E-06

7.98

0.014

0.058

-1.60E-05

120

6.00

0.009

0.0282

-5.00E-06

7.99

0.011

0.038

-1.10E-05

130

6.00

0.009

0.0200

-4.20E-06

7.99

0.011

0.025

-7.90E-06

140

6.01

0.009

0.0140

-3.10E-06

8.02

0.010

0.017

-5.50E-06

4.2. Gráficas para el proceso de carga y descarga. 

Carga para 6v: voltaje en función de tiempo

CARGA 6V 7.00 6.00 VOLTAJE (V)

5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

0

20

40

60

80 TIEMPO (S)



Descarga para 6v: voltaje en función de tiempo

100

120

140

160

DESCARGA 6V 7.0000 6.0000

VOLTAJE (v)

5.0000 4.0000 3.0000 2.0000 1.0000 0.0000 0

20

40

60

80

100

120

140

160

TIEMPO (s)



Carga para 6v: intensidad de corriente en función de tiempo.

CARGA 6V 0.900 0.800 0.700 AMPERIOS (I)

0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000

0

20

40

60

80

100

120

TIEMPO (S)



Descarga para 6v: intensidad de corriente en función de tiempo

140

160

DESCARGA 6V 0.00E+00 0 -1.00E-03

20

40

60

80

100

120

140

160

AMPERIOS (I)

-2.00E-03 -3.00E-03 -4.00E-03 -5.00E-03 -6.00E-03 -7.00E-03 -8.00E-03 -9.00E-03 -1.00E-02 TIEMPO (S)



Carga para 8v: voltaje en función de tiempo

CARGA 8 (V) 9.00 8.00 7.00 VOLTAJE (V)

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 0

20

40

60

80 TIEMPO (S)



Descarga para 8v: voltaje en función de tiempo

100

120

140

160

DESCARGA 8V (V) 9.000 8.000 7.000 VOLTAJE (V)

6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0.000

0

20

40

60

80

100

120

140

160

TIEMPO (S)



Carga para 8v: intensidad de corriente en función de tiempo.

CARGA 8 V 1.200

AMPERIOS (I)

1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0

20

40

60

80

100

120

TIEMPO (S)



Descarga para 8v: intensidad de corriente en función de tiempo

140

160

DESCARGA 8V 0.00E+00

0

20

40

60

80

100

120

140

160

-2.00E-04 -4.00E-04 AMPERIOS

-6.00E-04 -8.00E-04 -1.00E-03 -1.20E-03 -1.40E-03 -1.60E-03 -1.80E-03 TIEMPO (S)

5. CALCULOS Según los datos obtenidos en el proceso de carga de la tabla 1 para una fem � de 6 V y 8 V. Registre en la tabla 2:

� (V)

q exp

q ref

U exp

U ref

(C)

(C)

(J)

(J)

1

2

Erel %

Erel %

6

28.247

28.150

84.88

84.3

0.34%

0.68%

8

37.694

37.533

151.152

149.864

0.42%

0.85%

5.1. Hoja de cálculos 

Para 6 voltios con una Capacitación de 4.7 F y una resistencia de 4.7 Ω

Q = � ∆V

q exp = 4.7F x 6.01 V q exp = 28.247 C q(�) = ��(1 − e−t / RC )

q ref = 4.7F x6V(1 − e−140/ 4.7 X 4.7 )

q ref =28.150 C

2

Q 2 xC

�=

2

U exp = 28.247 2 x 4,7 U exp = 84.88 J 2

Q 2 xC

�=

2 U ref = 28.15 2 x 4,7

U ref = 84.3 J 1 Erel % =

− 28.15 |28.2428.15 |x 100 %

1 Erel % =0.34%

Erel2 % =

|84.4484.3−84.3| x 100 %

Erel2 % =0.68% 

Para 8 voltios con una Capacitación de 4.7 F y una resistencia de 4.7 Ω

Q = � ∆V

q exp = 4.7F x 8.02 V

q exp = 37.694 C q(�) = ��(1 − e−t / RC )

q ref = 4.7F x6V(1 − e−140 / 4.7 X 4.7 ) q ref =37.533 C 2

�=

Q 2 xC

2 U exp = 37.694 2 x 4,7

U exp = 151.152 J 2

�=

Q 2 xC 2

U ref = 28.15 2 x 4,7

U ref = 149.864 J

1 Erel % =

−37.533 |37.69437.533 | x 100 %

1 Erel % =0.42%

2 Erel % =

−149.864 x 100 % |151.152 84.3149 .864 |

Erel2 % =0.85% 6. CONCLUSIONES 

Mediante las mediciones y tablas elaboradas en el experimento se determinó el comportamiento de carga de un condensador, este suceso se reflejó en los gráficos calculados que se asemejan al comportamiento teórico.



Se pudo observa una relacion que tiene la descarga del condesador con respecto al tiempo es una relacion directa a medida que transcurre mas tiempo la carga es menor



Se determino un valor de qexp de 28.247 C para un voltage de 6 v



Se determino un valor de Uexp de 84.88 J para un voltage de 6 v



Se determino un valor de qexp de 37.694 C para un voltage de 8 v



Se determino un valor de Uexp de 151.152 J para un voltage de 8 v...