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Experiencia 10 RC EN CC Y CA
Física 3 (130203)
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad del Perú, Decana de América)
Laboratorio Física (III)
Tema: Condensador en circuito de corriente continua y alterna
2022
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CONDENSADOR EN CIRCUITO DE CORRIENTE CONTINUA Y
ALTERNA (CAPACITANCIA)
EXPERIENCIA Nº 10
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 SO4203-6A y SO4203- 2F
Monte el circuito mostrado en la imagen:
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3. FUNDAMENTO TEÓRICO:
CONDENSADORES:
El condensador es un dispositivo o elemento del circuito con la capacidad de
almacenar energía eléctrica. Un condensador está formado principalmente por dos
placas metálicas paralelas de sección S, llamadas armaduras, separadas una
distancia “d” en las que existe un dieléctrico o aislante de permitividad Entre lasε.
placas u(t) se produce un campo eléctrico al interior del condensador E, esto
produce una separación de las cargas q(t) que aparecen en las placas, que son
iguales y con sentidos opuestos (la carga es positiva/negativa para la placa unida al
terminal positivo/negativo del generador de alimentación). En un condensador, el
valor de la carga almacenada q(t) es proporcional a la tensión aplicada u(t), esto
quiere decir que:
Condensador de placas paralelas
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La constante de proporcionalidad C es la capacidad del condensador y es medida en
faradios (F). Como quiera que esta unidad es muy elevada se suelen emplear en la
práctica submúltiplos de la misma como el microfaradio (1uF = 10 F), el
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nanofaradio (1 nF = 10 F) y el picofaradio (1pF= 10 F). El valor de la capacidad
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de un condensador depende de las dimensiones y de la permitividad del dieléctrico
que se encuentra entre las placas y su expresión para un condensador plano es C =
εS/d.
En un condensador debe definirse el valor de la capacidad en faradios y también la
tensión que puede soportar entre sus terminales sin perforar el dieléctrico. En la
práctica el condensador suele presentar unas pérdidas representadas por medio de
una resistencia en paralelo con el condensador (mientras no se diga lo contrario, se
supone que se está trabajando con condensadores ideales).
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4. PROCEDIMIENTO:
a. CIRCUITO RC EN CORRIENTE CONTINUA:
En el experimento siguiente se debe analizar el proceso de
carga y descarga de un condensador de 100 µF y una
resistencia de. La siguiente figura ilustra el montaje
experimental:
Abra el instrumento virtual Fuente de tensión continua a través de la opción de menú
Instrumentos | Fuentes de tensión | Fuente de tensión continua, o también pulsando la
siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.
Ajustes de la fuente de tensión continua
Rango 10 V
Tensión de salida 10 V
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Abra el instrumento virtual Osciloscopio a través de la opción de menú Instrumentos |
Instrumentos de medición | Osciloscopio, o también pulsando la siguiente imagen, y
seleccione los ajustes que se detallan en la tabla siguiente.
Ajustes del osciloscopio
Canal A 5 V / div
Canal B 200 mV / div
Base de tiempo 200 ms / div
Modo de operación X/T, DC
Trigger Canal A / flanco ascendente /
SINGLE / pre-Trigger25%
Datos de la descarga del condensador (V ): (C R = 1kΩ ; C = 100 μF; Vcc = 10 V)
NOTA: La resistencia en la tarjeta es de 1000 (marrón, negro, rojo).Ω O 1KΩ
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b. CONDENSADOR EN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA
Si a un condensador se le aplica una tensión sinusoidal alterna que tenga la
siguiente forma:
Se mostrará que también la corriente i del condensador tiene una curva sinusoidal
y que la tensión se encuentra adelantada en un ángulo:
La corriente, por tanto, se rige por la siguiente ecuación:
La siguiente imagen muestra la característica.
La tensión del condensador alcanza su mayor valor en el momento en que la intensidad
de corriente tenga un valor de cero y viceversa. Esto debe ocurrir teóricamente: Sin
embargo, el análisis puede ser un poco más complicado si consideramos que la
capacitancia, tiene componentes inductivo (conductores) y resistivos (R = ρL/A). Por
ello, el desfase tiene un rango de incertidumbre.
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Monte el circuito experimental representado a
continuación. Abra el instrumento virtual
Generador de funciones a través de la opción de
menú Instrumentos | Fuentes de tensión |
Generador de funciones, o también pulsando la
siguiente imagen, y seleccione los ajustes que se
detallan en la tabla. Encienda a continuación el
instrumento por medio de la tecla POWER.
Para configurar la fuente (GENERADOR DE FUNCIONES),
elegimos señal sinodal, 10V en amplitud y una frecuencia en
el rango de los 100 Hz a 2 kHz.
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Abra el instrumento virtual Osciloscopio a través de la opción de menú
Instrumentos | Instrumentos de medición | Osciloscopio, o también pulsando la
siguiente imagen, y seleccione los ajustes (Experiencia anterior).
Reactancia de un Condensador
Como se insinuó anteriormente, un condensador "conduce" corriente alterna, y lo hace de
mejor manera mientras mayor sea su frecuencia y mayor la capacidad del condensador. A
continuación, se expone la fórmula de la reactancia capacitiva:
Donde; “ω” la frecuencia angular, la cual se obtiene mediante ω = 2πf.
Representación de la impedancia como un FASOR
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Luego la impedancia del circuito RC, puede ser representada como un número
complejo y también como un fasor:
Observando esta relación podemos calcular el ángulo, “Fase”, de la impedancia:
De esta manera podemos asociar (números complejos):
5. CUESTIONARIO
● Carga y descarga del condensador
a. Grafique los datos de la tabla 1
Al trasladar los datos a la tabla pudimos obtener esta gráfica, que es una
exponencial negativa (elevada negativamente), esta gráfica es muy parecida a la
gráfica de descarga justamente, eso nos permite corroborar que lo teórico se observó
en la práctica, gracias a la gráfica observada.
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b. Determine el tiempo característico en la descarga del condensador.
Resistencia (ohm) Capacitancia (uF) T = RC
1000 100 0.1 segundos
c. Utilizando el gráfico, ubique y marque el valor de la tensión sobre el condensador luego de
una caída del 63% respecto al voltaje inicial.
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d. Deduzca la tensión sobre el condensador en proceso de carga, luego transcurrir un tiempo
“RC”
● Condensador en circuito de corriente Alterna
a. Con los valores observados en la experiencia anterior determine el desfasaje entre la
corriente y el voltaje producido por el circuito RC.
Cada segmento (lado de cuadrado es de 2ms y está dividido en 5 segmentos más
pequeños vale 0.4ms el desfase de onda es igual a segmentos, entonces𝑡
𝑑
= 5. 8
𝑡
𝑑
= 5. 8(0. 4) = 2. 32𝑚𝑠
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6. CONCLUSIONES:
● Se pudo comprobar que la relación que tiene la carga con el tiempo es
inversamente proporcional.
● Las ecuaciones de la tensión dependen del valor RC del circuito.
● A nivel industrial las encontramos en todo tipo de circuitos integrados como
pueden ser radios, televisores, computadoras, etc.
● Las fórmulas de carga y descarga de un condensador varían y para un tiempo
infinito su tensión es la misma que de la fuente.
● Su tensión suele estar desfasada respecto a la corriente.
7. SUGERENCIAS:
● Se recomienda repasar el tema de la experiencia para un mejor entendimiento
● Podríamos sugerir que se podrían buscar artículos relacionados a la experiencia
para poder desarrollarla mejor
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8. BIBLIOGRAFÍA:
Web Robótica.
https://www.web-robotica.com/taller-de-web-robotica/electronica
/componentes-electronicos/que-es-un-condensador-electrico
Rengel, R. (2020). Fundamentos físicos de la informática.
https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=03kEEAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP1&dq=CONDENSADORES:+El+condensador
+es+un+dispositivo+o+elemento+del+circuito+con+la+capacida
d+de+almacenar+energ%C3%ADa+el%C3%A9ctrica.+Un+cond
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