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CIRCUITOS RC en CC y AC Electrcidad y magnetismo 6 0 UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) “Año de la universalización de la salud” FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E. A. P. INGENIERÍA ELÉCTRICA “CIRCUITOS RC en CC y AC” Cuestionario propuesto CURSO: Laboratorio de Fisica III DOCENTE: Mabel Tesillo Quispe INTEGRANTES: 1. Cancho Huarcaya, Adrihan Pedro 19190261 2. Contreras Soria Ronald Ever 19190040 3. Meléndez Huamancayo, Heidy Hilary 19190243 Lima, 8 de Setiembre del 2020 6 0 CONDENSADOR EN CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA (CAPACITANCIA) 1.- OBJETIVOS ➢ Estudiar los procesos de carga y de descarga de un condensador en un circuito RC con una fuente de corriente continua. ➢ Medida de la constante de tiempo “ τ = RC”. ➢ Analizar el comportamiento de un circuito RC sometido a una señal de corriente alterna en un circuito RC 2.- MATERIALES • Sistema Train Lucas Nüll • La tarjeta insertable UniTrain-I del Condensador es SO 4203-6A y SO 4203- 2F Monte el circuito mostrado en la imagen: 6 0 3.- FUNDAMENTO TEORICO Los condensadores son estructuras en las que se puede almacenar cargas eléctricas. En su estructura básica, un condensador consta de dos placas metálicas que representan los electrodos del condensador. Por medio del aislamiento puesto entre las cargas se forma una diferencia de potencial eléctrico (tensión) U entre los electrodos. La imagen siguiente muestra como ejemplo un condensador de placas, con la superficie A y la distancia entre placas d, que porta la carga Q. Debido al aislamiento de cargas se forma un campo eléctrico entre las placas (no representado en esta imagen). Entre las placas, por lo general, se encuentra un material aislante, esto es, el elemento que se conoce como dieléctrico (no representado en la parte superior). Entre la carga y la tensión existe una relación lineal; es válida la siguiente relación: Q=C.U La magnitud C representa la capacidad del condensador, y se expresa con la unidad faradio (símbolo: F). Mientras mayor sea la capacidad de un condensador, se debe aplicar un volumen mayor de carga para generar una tensión determinada entre sus electrodos. La capacidad de un condensador se puede asumir como constante, y depende únicamente de la estructura geométrica y del dieléctrico empleado. Para un condensador de placas también es válida la siguiente relación: En esta ecuación, 0 es la constante eléctrica de campo y posee un valor de 8,8542·10- 12 AS/Vm, r es el índice dieléctrico (carente de unidad), A la superficie de una placa y d la distancia entre placas. 6 0 Si un condensador se conecta a una tensión continua U0 a través de una resistencia de carga R, se carga debido a la presencia de dicha tensión, proceso durante el cual la tensión del condensador, de acuerdo con una función exponencial, aumenta de 0 V hasta alcanzar su valor final U0 (100%) (Curva de carga de un condensador, véase la imagen de la izquierda). Si, a continuación, se desconecta el condensador de la fuente de tensión y se lo cortocircuita, se produce un proceso de descarga inverso al proceso de carga (véase la imagen de la derecha). Las corrientes de carga y de descarga fluyen aquí en sentidos contrarios. La velocidad de descarga del condensador depende de su capacidad C y del valor de la resistencia R y se caracteriza por medio de la constante de tiempo = R·C. Una vez que ha transcurrido este tiempo, durante la carga, el condensador ha alcanzado el 63% de su valor de tensión o bien, durante la descarga, ha perdido el 63% de su tensión inicial. Si el condensador está completamente cargado, ya no fluye ninguna corriente de carga; por tanto, un condensador bloquea la corriente continua. Nota: A través del condensador NO FLUYE corriente eléctrica. Tipos de condensadores. Electrolíticos: Tienen el dieléctrico formado por papel impregnado en electrólito. Siempre tienen polaridad, y una capacidad superior a 1 μF. Arriba observamos claramente que el condensador no 1 es de 2200 μF, con una tensión máxima de trabajo de 25v. (Inscripción: 2200 μ / 25 V). De poliéster metalizado MKT: Suelen tener capacidades inferiores a 1 μF y tensiones de trabajo a partir de 63v. Más abajo vemos su estructura: dos láminas de policarbonato recubierto por un depósito metálico que se bobinan juntas. Aquí al lado vemos un detalle de un condensador plano de este tipo, donde se observa que es de 0.033 μF y 250v. Cerámico "de lenteja" o "de disco": Son los cerámicos más corrientes. Sus valores de capacidad están comprendidos entre 0.5 pF y 47 nF. En ocasiones llevan sus datos impresos en forma de bandas de color. Aquí abajo vemos unos ejemplos de condensadores de este tipo. 1.-Grafique los datos de la tabla 1 CUESTIONARI O – RC (CARGA – DESCARGA) 6 0 Vc (descarga) t(ms) 10 0 9.9 1 9.8 2 9.7 3 9.6 4 9.5 5 9.04 10 8.19 20 7.41 30 6.7 40 6.07 50 4.49 80 3.68 100 1.35 200 0.5 300 0.07 500 0.00045 1000 0 2 4 6 8 10 12 0 200 400 600 800 1000 1200 Tabla 1: tiempo de descarga Al trasladar todos nuestros datos a la tabla pudimos obtener esta gráfica, que es una exponencial negativa (elevada negativamente), esta grafica es muy parecida a la gráfica de descarga justamente, y eso nos, permite corroborar que lo teórico y práctico en la gráfica observada. 2.- Determine el tiempo característico en la descarga del condensador. Resistencia (ohm) Capacitancia (uF) 1000 100 6 0 Pregunta 3: Utilizando el grafico, ubique y marque el valor de la tensión sobre el condensador luego de una caída del 63% respecto al voltaje inicial. v (t )=v 0 e −t τ Luego de una descarga del 63% se hallará el tiempo para saber el voltaje del condensador. 0.37 v 0 =v 0 e −t RC τ=RC= 1 10 0.37 v 0 =v 0 e −t 0.1 ln (0.37)= −t 0.1 t=|−0.1 ln (0.37)|≈0.12 s La diferencia de carga de un intervalo de voltaje es mayor mientras avanza el tiempo y cuando nos acercamos al límite de descarga del condensador obtenemos una curva de forma exponencial pero con signo contrario. Asimismo, después que transcurre un tiempo de 0.12 segundos aproximadamente, el condensador pierde el 63% de su carga inicial. Por lo que se descarga y permite que pase corriente continua. 0 2 4 6 8 10 12 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0.1 Voltaje VS tiempo de descarga Voltaje del condensador Ti em po d e d es ca rg a 6 0 4.- Deduzca la tensión sobre el condensador en proceso de carga, luego transcurrir un tiempo “RC”. Cuando nosotros conectamos una batería con una resistencia y un condensador en serie, la corriente inicial es alta puesto que la batería debe transportar la carga de una placa del condensador de la otra. L a carga de corriente alcanza asintóticamente el valor de cero a medida que el condensador se carga con el voltaje de la batería. La carga del condensador almacena energía en el campo eléctrico entre sus placas. La tasa de carga se describe típicamente en función de la constante de tiempo RC. Carga VC=V . e(1− −( tRC)) τ=RC Descarga VC e=V .( − (t /RC )) 6 0 5.- Con los valores observados en la experiencia anterior determine el desfasaje entre la corriente y el voltaje producido por el circuito RC. Ondas de tensión en el circuito RC Onda de la tensión en la resistencia Onda de la tensión en el condensador 6 0 De la primera figura, calculamos el desfasaje Sabemos que la división es 2 ms por cuadrado (2ms/div) A su vez, cada cuadrado esta divididos en 5 partes Es decir, cada una de las partes de las partes de cada cuadrado será 0.4ms Entre las 2 flechas de color negro, hay una separación de 5 divisiones de los cuadrados y por un lado un tercio de dicha división y porel otro un cuarto. Por lo que si hacemos una estimación, el ∆ t es: ∆ t=2.23ms También podemos hallar las ecuaciones del voltaje Cada cuadrado para la onda de resistencia tiene un valor de 5v, mientras que para el condensador tendrá un valor de 50mV. También sabemos que la tenemos una frecuencia de 100 hz. Utilizamos la siguiente formula De donde w=2πf π=2 (100 )=200 π El Uo es la amplitud de cada voltaje, por lo que haciendo una estimación adecuada se obtendrá: Para el resistor: u(t)=16 sin (200πt )V Para el condensador u(t)=160 sin (200πt )mV 6 0