TPLab06-Capacitores-2020 AS (1)

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Física 2. TP Lab. Nº6. 2020 Página 1 de 5 
Nombre: ................................................................................................ Legajo: .................................... 
2º año – Div: ………….…….. Nº de Grupo: …….…………….. Fecha: ………..…………..……… 
 
 
Trabajo Práctico de Laboratorio Nº 6 
 
CAPACITORES - ENERGÍA ALMACENADA EN UN CAPACITOR - CIRCUITO RC 
 
OBJETO: Comprender los fundamentos de los procesos de carga y descarga de un capacitor en un circuito 
RC, efectuar mediciones, gráficas, y verificar dichos procesos en la práctica. 
 
6.1.1 Fundamento teórico 
 
Los condensadores o capacitores son elementos de sistemas eléctricos que almacenan energía en forma de campo 
eléctrico, caracterizados por su capacitancia eléctrica C, medida en faradios (F). Un faradio es la capacidad 
eléctrica de un capacitor eléctrico entre cuyas placas aparece una diferencia de potencial de 1 volt cuando se carga 
con una cantidad de carga eléctrica de 1 coulomb. 
El valor de C es función del diseño geométrico y de 
las características del dieléctrico. La cantidad de 
carga almacenada en el capacitor se relaciona con C 
y la diferencia de potencial en sus bornes por: 
C = Q / V 
 
Los condensadores se utilizan para almacenar carga 
y energía eléctrica. La energía en un condensador de 
capacidad C, con carga Q y diferencia de potencial 
V en sus bornes es: 
U = ½ C V2 
U = ½ Q V 
U = ½ Q2 C
En los procesos de carga y descarga de un condensador, el circuito funciona en régimen transitorio, ya que el 
ritmo de transferencia de energía varía con el tiempo. En el proceso de carga se utiliza una fuente de fem que 
suministre energía al sistema; mientras que en la descarga el condensador cede energía al circuito sin fuente, que 
se disipa en la resistencia al convertirse en calor por efecto Joule. 
El ritmo con el que el capacitor absorbe energía 
(carga) o cede energía (descarga) es: 
P = dU/dt = i v = i q/C 
Donde i, v, y q son los valores instantáneos en el 
instante t considerado. 
Se torna necesario conocer su variación en el tiempo:
 i = f(t) 
 v = f(t) 
 q = f(t) 
Transitorio de carga 
 
 
 
 
 
El circuito RC se conecta a una fuente de fem V. A 
partir del cierre del interruptor, los valores 
instantáneos son i, q y v. Aplicando la regla de las 
mallas: 
V - v - iR = 0 (1) 
Transitorio de descarga 
 
 
 
 
 
El capacitor cargado a diferencia de potencial V y 
carga Q, se descarga transfiriendo su energía a la 
resistencia R, que la disipa en el sistema. Los valores 
instantáneos i, q, y v se relacionan por: 
- iR + v = 0 (2)
C 
R 
V 
q, v 
i C 
R 
q, v 
i 
 
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6.1.2 Análisis de las ecuaciones que describen los transitorios de carga y descarga de un capacitor de 
capacidad C en un circuito RC. 
Surge el concepto de constante de tiempo o constante de atenuación del circuito, indicador de la rapidez con que 
se carga o descarga el capacitor y determinado por τ = R C. 
 
Transitorio de carga 





 

RC
t
eQtq 1)( CVQ  
RC
t
eIti

)( I =V / R 





 

RC
t
eVtv 1)( 
 
Transitorio de descarga 
RC
t
eQtq

)( 
RC
t
eIti

)( 
RC
t
eVtv

)( 
Se grafican la carga y descarga de un capacitor en circuito RC con V = 50 V, C = 33F, R = 1MΩ: 
 
 
- En cada intervalo τ, la carga o descarga varía en un factor e-1 ≈ 0,37, o sea, en un 37% 
- Se puede estimar que se alcanzan los valores del régimen estacionario al cabo de 4 ó 5 τ 
-6,00E-05
-4,00E-05
-2,00E-05
0,00E+00
2,00E-05
4,00E-05
6,00E-05
0 50 100 150 200
t (s)
i 
(A
)
-6,00E-05
-4,00E-05
-2,00E-05
0,00E+00
2,00E-05
4,00E-05
6,00E-05
0 50 100 150 200
t (s)
i 
(A
)
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200
t (s)
v
 (
V
)
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200
t (s)
v
 (
V
)
 
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6.2. Experimento: Análisis de los transitorios de carga y descarga en un circuito RC por medio de voltímetro y 
amperímetro; determinación de la capacidad C de un capacitor a partir de datos de su funcionamiento en régimen 
transitorio. 
 
En el circuito eléctrico del esquema se muestra una red con dos mallas. La malla superior forma un circuito RC 
que facilitará ensayos de transitorios de carga y descarga a través de un microamperímetro. La malla inferior 
también forma un circuto RC, en el cual la resistencia es la del voltímetro. 
 
6.3.1. Registre las características eléctricas (tipo, 
escala, etc) de los elementos que conforman el circuito. 
 
Capacitor: 
 
Microamperímetro: 
 
Voltímetro: 
 
ri voltimetro = 
(valor en Ω calculado a partir de la resistencia interna del voltímetro) 
 
 
 
6.3.2. Responda. 
- ¿Con qué criterio se selecciona el alcance del voltímetro? 
 
- ¿Cómo se calcula el valor de la Ra que se encuentra en serie al microamperímetro? 
 
- Constructivamente, ¿De qué depende el valor de la capacidad eléctrica de un capacitor? 
 
-¿Qué significado tiene el valor de tensión, en volts, que tienen grabados estos elementos? ¿Cómo se determina 
este valor en la práctica 
 
6.3.3. Calcule las constantes de tiempo de la malla superior (Ra-C) y de la malla inferior (Riv-C) 
τsup= 
τinf= 
 
 
Malla Superior 
- Análisis de las corrientes de carga y de descarga: i = f(t). Se utiliza la malla superior. Nótese que el sentido de 
la corriente estará indicado por el microamperímetro. 
P
u
ls
ad
o
r 
 
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Carga: Interruptor 1 cerrado, interruptor 2 abierto, conmutador en posición A y comienza la carga del capacitor. 
La corriente de carga es indicada por el microamperímetro, que al detectar 0 A indica que el proceso de carga 
ha finalizado y el capacitor está cargado a la tensión de la fuente. 
Descarga: conmutador en posición B. El microamperímetro señala la corriente de descarga. Cuando es 0 A el 
proceso ha finalizado: el capacitor se habrá descargado totalmente a través de la resistencia Ra. 
 
6.3. Confeccione las gráficas de i = f(t) en forma aproximada. 
 CARGA 
i [µA] t [s] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 DESCARGA 
i [µA] t [s] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.4. Indique, para carga y descarga: Carga Descarga 
valores máximos de i indicados por el microamperímetro: 
valores de i habiendo transcurrido un tiempo τ: 
sentido de las desviaciones de la aguja del microamperímetro: 
tiempo que demandaron los procesos: 
 
i 
[µA] 
i 
[µA] 
 
t (s) 
carga 
descarga 
 
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Malla Inferior 
 
- Análisis de las diferencias de potencial en el capacitor durante la descarga: v = f(t). Se utiliza la malla 
inferior; el capacitor se descarga sobre la resistencia R del voltímetro, que mide ΔV. 
 
Para efectuar descarga: Inicialmente deberían encontrarse el interruptor 1 cerrado y el interruptor 2 abierto, con 
el conmutador en la posición B. La i es 0 y el condensador se encuentra cargado al V de la fuente. Para comenzar 
la descarga, se abre el interruptor 1 y se cierra el interruptor 2, manteniendo el conmutador en la posición B. El 
voltímetro señala la diferencia de potencial que disminuye lentamente. 
 
Recurriendo a un cronómetro y al voltímetro, complete el siguiente cuadro de valores. Es conveniente iniciar el 
registro cuando V ha disminuido a, por ej., 40 V. Dibuje a escala la gráfica respectiva. 
 
v [V] t [s] 
40 
30 
20 
15 
10 
5 
2,5 
 
6.5.1. Determinación de la capacidad C del capacitor a partir de datos del transitorio de descarga. 
A partir de dos pares de valores (v, t) tomados en el punto anterior, calcule C aplicando la siguiente ecuación: 
(3) t2 – t1 
 R ln ( v1/v2 ) 
 
6.5.2. Calcule el apartamiento del valor obtenido con 
respecto al grabado en el condensador,a través 
de la ecuación del error relativo porcentual: 
 
6.5.3. Deduzca la fórmula (3) partiendo de V1 y V2 
v [V] 
t [s] 
C =