Practica 5 descarga de un capacitor PDF

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas Mecánica Clásica Reporte de práctica 2 Descarga de un capacitor PROFESOR Enrique Álvarez González  ALUMNOS Gerardo Iván Pérez Tuyu SECUENCIA 1IM21 Objetivo: calcular la resistenc...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias Sociales y Administrativas

Mecánica Clásica Reporte de práctica 2 Descarga de un capacitor

PROFESOR Enrique Álvarez González



ALUMNOS Gerardo Iván Pérez Tuyu SECUENCIA 1IM21

Objetivo: calcular la resistencia interna R de un voltímetro Introducción teórica: La energía eléctrica se puede almacenar en un dispositivo común, que se llama capacitor o condensador, que hay en casi todos los circuitos eléctricos. Los capacitores se usan como almacenes de energía. Si las placas de un condensador cargado están conectadas por medio de un conductor, por ejemplo un alambre, la carga se transfiere de una placa a otra hasta que las dos están descargadas. La descarga frecuentemente pude observarse como una chispa visible. Si accidentalmente toca las placas opuestas de un condensador cargado, sus dedos actuarían como una trayectoria por medio de la cual el condensador se puede descargar. El grado de la descarga dependerá de la capacitancia y del voltaje aplicado al condensador. El capacitor más sencillo es un par de placas conductoras separadas por una distancia pequeña, pero sin tocarse. Cuando las placas se conectan con un dispositivo que las cargue pasan electrones de una placa a la otra. Eso sucede cuando la terminal o borne positivo del acumulador tira de los electrones de la capa conectada con él. Esos electrones son bombeados por el acumulador, y van por la terminal negativa hasta la placa opuesta. Las placas del capacitor tienen entonces cargas iguales y opuestas. El proceso de carga se completa cuando la diferencia de potencial entre la placa es igual a la diferencia de potencial entre los bornes del acumulador; es igual al voltaje del acumulador. La energía almacenada en un capacitor proviene del trabajo necesario para cargarlo. La energía se guarda en el campo eléctrico entre sus placas. Entre placas paralelas el campo eléctrico es uniforme.

Equipo y material utilizado:       

2 capacitores electrolíticos de 8 μf a 300 v ( o 1 de 16 μf ) Una fuente de 0-300 volts de C.D. 1 voltímetro digital ( MD-100 pormax) 1 interruptor un polo un tiro 4 cables caimán-caimán 2 cables banana-caimán 1 cronometro manual

Procedimiento 1) Conecto los capacitores en paralelo, teniendo cuidado de conectar los bornes positivos con positivos y negativos con negativos. 2) Conecte el voltímetro digital a los bornes correspondientes del capacitor C4, del arreglo de capacitores, cuide de conectar correctamente los bornes correspondientes. 3) Del borne + de la fuente conecte a uno de los bornes del interruptor S (déjelo abierto) y de l otro borne S conecte el capacitor C en su borne positivo. 4) Del borne – de la fuente conecte el borne negativo de C 5) Coloque la perilla de la fuente en cero y enseguida enciéndala. 6) El voltímetro digital debe estar en la escala para medir 1000 V de C.D. 7) Cierre el interruptor S y varié la perilla de la fuente hasta que su voltímetro digital marque 300V 8) Deje cerrado el interruptor S por un intervalo de 30 segundos 9) Abra el interruptor S al mismo tiempo que se pone en marcha el cronometro manual y al tiempo t=5 segundos, leer la diferencia de potencial que indica el voltímetro digital. Haga su anotación en la tabla de valores que se den. 10)Cierre el interruptor S y deje por 30 segundos en dicha posición. 11) En caso de que su voltímetro digital no le de la lectura de 300V ajústela a dicha lectura con la fuente. 12)Repita el inciso 9 ahora para t= 10 segundos, anotando el valor de la diferencia de potencial leída en la tabla correspondiente. 13)Repita el procedimiento de 9 a 9 para tiempo de 15, a 20 hasta completar la tabla de valores.

Datos: T (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

V (volts) 350 330 310 295 281 266 254 242 233 221 211 201 192 184 176 168 160 153 148

La tabla nos muestra el comportamiento de las del capacitor las cuales nos ayuda a saber cual es la el voltaje con respecto a su tiempo.

V vs t 400 350 300 250 V

200 150 100 50 0 0

5

10

15 t

20

25

1° HIPOTESIS Planteamiento de la hipótesis El tiempo es directamente proporcional al voltaje Coeficiente de correlación:

r=

2 n Σ xy −( Σ x ) (Σ y ) ¿ ¿ 2 n Σ y −¿ 2 = -0.9882 n Σ x −¿ ¿ ¿ ¿ ¿

-0.99< r > 0.99 = -0.9882< 0.9900 Esto quiere decir que no tiene una tendencia lineal por lo cual se rechaza la hipótesis

Transformación: se procede a una transformación ya que la primera hipótesis no deja ver la tendencia lineal. In V T (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

In V 5.85 5.79 5.73 5.68 5.63 5.58 5.53 5.48 5.45 5.39 5.35 5.30 5.25 5.21 5.17 5.12 5.07 5.03 4.99

In V vs t 6 5.8 5.6 5.4 In V

5.2 5 4.8 4.6 4.4

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

t

2 ° HIPOTESIS Planteamiento de la hipótesis El tiempo es directamente proporcional al voltaje Coeficiente de correlación:

r=

2 nΣxy−( Σx ) ( Σy ) ¿ ¿ 2 nΣ y −¿ 2 = - 0.999 nΣ x −¿ ¿ ¿ ¿ ¿

-0.99< r > 0.99 = - 0.999< 0.9900 Esto quiere decir que los datos transformados tienen tendencia lineal por lo que se acepta la hipótesis.

Ley empírica Tabla de datos para calcular m y b T (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

In V 5.85 5.79 5.73 5.68 5.63 5.58 5.53 5.48 5.45 5.39 5.35 5.30 5.25 5.21 5.17 5.12 5.07 5.03 4.99

Con respecto a los datos obtenido podemos calcular m y b por medio de la calculadora la cual nos dios estos datos. ln V =

−1 t +ln V 0 RC

Unidades de m y b m=

[ InV ] [x]

m=

1 s

b = [y] b = volts

m

¿− ¿ 0.0094

b = 5.82

1 s el voltaje inicial es de 336.97 volts

volts

Ž =m x + b −1 ln V = t +ln V 0 RC 1 ln V =−(−0.0094 t)+5.82 V s C = capacitancia del capacitor = 8 ×10−6 F 1 RC

m=

b= In

V0 1

R=

1 mC

=

(

)

1 0.0094 (8 ×10−6 F ) s

=¿

13255567.34ohm

Conclusión: Podemos observar que el capacitor se va descargando con una función logarítmica, por lo que no presenta una relación lineal entre el tiempo en que tarda en descargarse y su diferencia de potencial en dicho tiempo Para convertirla en una relación lineal se aplica logaritmo natural a los valores de la diferencia de potencial, al aplicar la transformación el coeficiente de correlación da negativo porque su pendiente es negativa y está en sentido contrario, es decir está inclinada hacia la izquierda. El capacitor no se descarga de forma inmediata, tarda un tiempo aunque en esta ocasión fue pequeño, en los aparatos que tienen una diferencia de potencial mayor el tiempo de descarga también es mayor. Bibliografías

http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/apuntes/capacitores/capacitores.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_el%C3%A9ctrica http://www.4shared.com/zip/AB2EvnFs/Upiicsa_Manual_Fisica_Experime.htm...