Lab 6 - CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR

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CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR
Carlos David Vallejo - Código: 101717021328
Claudia Marcela Hurtado Franco - Código: 101718020740
Daniela Garzon Arturo - Código:101719020908
Carlos Eduardo Ordoñez Gomez - Codigo: 101719011464
Prof. Camilo Sanchez Ferreira
17 de noviembre de 2022
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL: Determinar el voltaje para carga y descarga de un
capacitor.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Considerar el capacitor como un dispositivo de almacenamiento de
energía.
- Experimentar el proceso para cargar y descargar un capacitor.
2. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Un capacitor o también llamado condensador eléctrico es un dispositivo que se utiliza
para almacenar energía (carga eléctrica) en un campo eléctrico interno. Es un
componente electrónico pasivo y su uso es frecuente tanto en circuitos electrónicos,
como en los analógicos y digitales. Todo capacitor tiene la misma estructura básica:
dos placas conductoras separadas por un dieléctrico aislante ubicado entre ambas. En
ellas se almacena la carga de energía cuando fluye una corriente eléctrica y su
dieléctrico debe ser de un material no conductor, como el plástico o la cerámica.
Tipos de capacitores: Existen capacitores hechos con placas de diversos materiales,
con formas diversas y una amplia gama de dieléctricos. Entre los más comunes se
encuentran:
- Capacitor electrolítico: Este condensador usa un electrolito que actúa como
primera armadura o cátodo (electrodo negativo), el cual, al recibir una tensión
adecuada, deposita una capa aislante sobre ánodo (es decir, la cuba o segunda
armadura).
- Condensador o capacitor de aluminio: es un condensador polarizado en el
cual el electrolito es una disolución de ácido bórico y su cuba es de aluminio.
- Capacitores en serie y en paralelo: Aquellos que se denominan como “en
serie” son dos o más condensadores conectados en una línea. [1]
Constante de tiempo de un circuito RC: Un circuito RC es un circuito con un
condensador y una resistencia. En un proceso de carga, cuando cerramos el interruptor
S, el condensador no se carga instantáneamente, su carga evoluciona con el tiempo en
forma exponencial.
El tiempo de carga del circuito es proporcional a la magnitud de la resistencia eléctrica
R y la capacidad C del condensador. El producto de la resistencia por la capacidad se
llama constante de tiempo del circuito (𝝉) y tiene un papel muy importante en el
comportamiento de este. [2]
(1)𝝉 = 𝑅𝐶
Para el proceso de carga de un capacitor, se supone que el condensador está
inicialmente descargado. Si cerramos el interruptor se observará un paso de corriente y
empezará a cargarse el condensador, de forma que una vez alcanzada la carga
máxima, la corriente en el circuito es cero, para lo anterior, se utiliza la siguiente
ecuación:
(2)𝑉
𝑐
= 𝑉
𝑠
 (1 − 𝑒
−𝑡
𝑅𝐶 ) = 𝑉
𝑠
 (1 − 𝑒
−𝑡
𝝉 ) 
Para el proceso de descarga de un capacitor, el condensador está inicialmente
cargado. Al cerrar el interruptor el condensador comienza a descargarse a través de la
resistencia. [3]
(3)𝑉
𝑐
= 𝑉
𝑜
 𝑒
−𝑡
𝝉
3. MONTAJE EXPERIMENTAL
3.1. MATERIALES:
En este laboratorio se realizaron tres montajes experimentales para los cuales se
utilizaron los siguientes materiales:
• 1 Resistencia de 15 k𝝮
• 1 Capacitor de 1000 µF
• 1 fuente de alimentación.
• 1 Cronómetro digital.
• 1 voltímetro digital
3.2. PROCEDIMIENTO:
Al haber tenido e identificado los materiales anteriormente mencionados se procedió a:
Figura 1. Montaje experimental
a) Armar el circuito en la protoboard como se muestra en la figura 1.
b) Calcular la constante de tiempo usando (1).
c) Determinar los múltiplos para , de 1, 2, 3, 4 y 10.𝝉
d) Encender la fuente, cerrar el interruptor S1 (Cable blanco) y, al mismo tiempo,
iniciar el cronómetro para el proceso de carga del capacitor.
e) Medir los voltajes en el capacitor para cada múltiplo de tiempo de y registrar𝝉
los resultados en la tabla 1.
f) Abrir el interruptor S1 (cable blanco) y cerrar el interruptor S2 (cable azul) para
iniciar con el proceso de descarga.
g) Iniciar el cronómetro desde cero y medir los voltajes en el capacitor para cada
múltiplo de tiempo de .𝝉
h) Registrar los valores anteriores en la tabla 2.
i) Apagar la fuente de tensión y descargar completamente el capacitor uniendo sus
dos terminales con alambre.
j) Repetir los pasos 2 veces desde d) hasta i) y registrar los datos en las tablas 1 y
2.
k) Calcule el voltaje promedio para cada una de las constantes de tiempo y
registrarlas en las tablas 1 y 2.
4. RESULTADOS
Para determinar el voltaje teórico en el proceso de carga, hacemos uso de (2), donde
es el voltaje de la fuente:𝑉
𝑠
Para 1 :𝝉
𝑉
𝑐
= 9. 7 𝑉(1 − 𝑒
−15𝑠
15𝑠 ) = 9. 7 𝑉(1 − 𝑒−1) = 9. 7 𝑉 (0. 63) = 6. 11 𝑉 
Para 2 :𝝉
𝑉
𝑐
= 9. 7 𝑉(1 − 𝑒
−30𝑠
15𝑠 ) = 9. 7 𝑉(1 − 𝑒−2) = 9. 7 𝑉 (0. 86) = 8. 34 𝑉 
Similarmente se realiza para 3𝝉, 4𝝉 y 10𝝉.
Para determinar el voltaje teórico en el proceso de descarga, hacemos uso de (3),
donde es la tensión inicial en el capacitor:𝑉
𝑜
Para 1 :𝝉
𝑉
𝑐
= 9. 60 𝑉 𝑒
−15
15 = 9. 60 𝑉 𝑒−1 = 9. 60 𝑉 (0. 36) = 3. 45 𝑉
Para 2 :𝝉
𝑉
𝑐
= 9. 60 𝑉 𝑒
−30
15 = 9. 60 𝑉 𝑒−2 = 9. 60 𝑉 (0. 13) = 1. 25 𝑉
Similarmente se realiza para 3𝝉, 4𝝉 y 10𝝉.
Los datos hallados anteriormente se consignan en las tablas 1 y 2.
Tabla 1.Datos para el proceso de carga del capacitor.
Voltaje de la fuente de
alimentación = 9.7 V
R = 15
k𝝮
C = 1000
µF
Constante de tiempo 𝝉
(s) Voltajes
Calculados
(teóricos)
(V)𝑉
𝑐
Constantes
de tiempo
Constantes
de tiempo
calculadas
(s)
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 1
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 2
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 3
Voltaje
promedio
(V)
± 0. 06
1𝝉 15 6.16 6.09 6.06 6.10 6.11
2𝝉 30 8.28 8.31 8.26 8.28 8.34
3𝝉 45 9.06 9.07 9.07 9.07 9.21
4𝝉 60 9.32 9.34 9.36 9.34 9.50
10𝝉 150 9.43 9.46 9.47 9.45 9.60
Tabla 2.Datos para el proceso de descarga del capacitor.
Voltaje de la fuente de
alimentación = 9.7 V
R = 15
k𝝮
C = 1000
µF
Constante de tiempo 𝝉
(s) Voltajes
Calculados
(teóricos)
(V)𝑉
𝑐
Constantes
de tiempo
Constantes
de tiempo
calculadas
(s)
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 1
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 2
Voltajes
Medidos
(V) ± 0. 01
Prueba 3
Voltaje
promedio
(V)
± 0. 21
1𝝉 15 3.42 3.48 3.13 3.34 3.45
2𝝉 30 1.30 1.29 1.26 1.28 1.25
3𝝉 45 0.48 0.50 0.48 0.49 0.48
4𝝉 60 0.18 0.19 0.19 0.19 0.19
10𝝉 150 0.01 0.01 0.01 0.01 0.0004
De las tablas 1 y 2 podemos decir que:
En el proceso de carga del capacitor, cuando han transcurrido 5 constantes de tiempo,
en 10 se logró un voltaje máximo de 9.60V aproximado al voltaje de la fuente 9.7V𝝉
En el proceso de descarga del capacitor, cuando transcurrieron 10 , no se obtuvo una𝝉
descarga total, ya que en la tabla 2 en 10 , el voltaje de la fuente es 0.01V.𝝉
Gráfica 1. Proceso de carga del capacitor
Gráfica 2 . Proceso de descarga del capacitor
5. CONCLUSIONES
● A través de este laboratorio se pudo aprender que un capacitor almacena
energía y que el voltaje máximo que alcanza este es igual o aproximado al
voltaje de la fuente.
● Por medio de la Gráfica 1, pudimos llegar a la conclusión de que hay una
relación directa entre la carga y el tiempo, es decir, mientras mayor sea el
tiempo, mayor carga vamos a obtener en el capacitor.
● De la Gráfica 2, podemos afirmar que existe una relación directa entre la
descarga y el tiempo, esto quiere decir que a mayor tiempo transcurrido, el
voltaje del capacitor es menor.
6. WEBGRAFÍA
[1] https://www.quartux.com/blog/que-es-un-capacitor-o-condensador-electrico
[2] http://personales.upv.es/jquiles/prffi/conductores/ayuda/hlprc.htm
[3] http://webpersonal.uma.es/~jmpeula/carga_y_descarga.html
https://www.quartux.com/blog/que-es-un-capacitor-o-condensador-electrico
http://personales.upv.es/jquiles/prffi/conductores/ayuda/hlprc.htm
http://webpersonal.uma.es/~jmpeula/carga_y_descarga.html