circuitos rc

Vista previa del material en texto

Instituto Politécnico Nacional 
Escuela Superior de Ingeniería Química 
e Industrias Extractivas 
Departamento de Formación Básica 
 
 
Laboratorio de Electricidad y Magnetismo 
 
Práctica 7. Circuitos RC. 
 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
López García Monserrath 
Pérez Andrade Manuel 
Segura Paulino Katia Lizette 
Vera Pérez María Fernanda 
Zoyoquila Rodríguez Brandon Ezer 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
 
 
Fecha de entrega: 9 de febrero de 2023 
 
 
Ciudad de México, México 
 
 
2 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Contenido 
Objetivos........................................................................................................................................... 3 
Diagrama de bloques .................................................................................................................... 4 
Experiencia 1. ............................................................................................................................... 4 
Experiencia 2. ............................................................................................................................... 5 
Investigación ................................................................................................................................... 6 
Tabla de datos teóricos, experimentales y porcentajes de error .................................... 10 
Experiencia 1. ............................................................................................................................. 10 
Experiencia 2. ............................................................................................................................. 10 
Cálculos experimentales ............................................................................................................ 11 
Experiencia 1. ............................................................................................................................. 11 
Experiencia 2. ............................................................................................................................. 11 
Cuestionario .................................................................................................................................. 12 
Observaciones .............................................................................................................................. 14 
Conclusiones ................................................................................................................................. 15 
 
 
3 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Objetivos 
 
I. OBJETIVO GENERAL: Analizar el proceso de carga y descarga de un capacitor 
electrolítico en un circuito RC, observando y midiendo las variaciones de voltaje 
entre sus terminales a diferentes intervalos de tiempo, con el fin de que el 
alumno reconozca la importancia de las aplicaciones de los capacitores en 
diversas situaciones reales. 
Objetivo (Competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico 
en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, 
el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar 
a cabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en 
situaciones reales. 
 
II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 
1. Analizar la función de la resistencia eléctrica en un circuito RC durante la carga y 
descarga de un capacitor electrolítico. 
2. Verificar que en un capacitor la energía almacenada se manifiesta como una diferencia 
de potencial entre sus terminales, a partir de medir el voltaje entre las mismas a 5 
constantes de tiempo de carga y descarga del capacitor. 
3. Graficar y analizar el proceso de carga y descarga de un capacitor electrolítico en un 
circuito RC para identificar sus aplicaciones. 
4 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Diagrama de bloques 
 
Experiencia 1. 
Carga del capacitor. 
 
 
Calibrar la fuente de CD, 
utilizando el multímetro 
en función Voltmetro, en 
el voltaje que indique su 
profesor y apáguela. 
Armar el circuito RC de 
acuerdo a la Fig. 7. 
Verificar que la terminal 
negativa del capacitor 
(generalmente el 
fabricante nos indica el 
lado negativo) quede 
conectada a la terminal 
negativa de la fuente. 
Conectar el multímetro en 
su función Voltmetro en 
paralelo con el capacitor. El 
Voltmetro deberá 
permanecer fijo durante 
todo el proceso de carga y 
descarga del capacitor. 
Encender la fuente y 
tomar las lecturas de 
voltaje cada 10 s hasta 
llegar a 50 s.
La carga y descarga del 
capacitor son procesos 
continuos que requieren 
trabajo en equipo.
simultáneamente 
deberán: encender la 
fuente, iniciar el conteo 
del tiempo, tomar y 
anotar las lecturas de 
voltaje en los tiempos 
indicados en la Tabla 1. 
5 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Experiencia 2. 
Descarga del capacitor. 
 
Con el capacitor 
totalmente cargado 
(5t; con t= 50 s); 
apaga la fuente de 
energía y desconecta 
las terminales positiva 
y negativa de la 
misma, (la fuente 
quedara totalmente 
desconectada del 
circuito), ver Figura 8. 
Genera una trayectoria 
de descarga 
desconectando la 
terminal positiva de la 
fuente (cable rojo)
y uniéndola a la 
terminal negativa del 
capacitor (cable 
negro): el conteo del 
tiempo de descarga 
inicia en el momento 
en que unes ambas 
terminales.
Toma las lecturas de 
voltaje cada 10 s hasta 
llegar a 50 s y registra 
los valores en la Tabla 
2
Calcula el porcentaje 
de error (%E) y anota 
en la Tabla 2. 
Realiza las gráficas de 
V vs t con los datos 
teóricos y 
experimentales de 
carga y descarga del 
capacitor.
Elabora tus 
observaciones y 
conclusiones. 
6 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Investigación 
 
Capacitor 
Un capacitor o 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. 
La forma de un condensador es de forma rectangular, cuadrada, circular, cilíndrica o 
esférica. Como los diferentes tipos de condensadores están disponibles, hay diferentes 
símbolos disponibles para representarlos que se muestran a continuación. 
Capacitancia 
La capacitancia eléctrica es una propiedad única que posee un componente o circuito 
eléctrico para almacenar energía en forma de carga eléctrica y se representa con la letra 
«C». 
La unidad de la capacitancia la medimos en faradios, donde un faradio = Coulomb/Volt 
según el Sistema Internacional de Unidades y la podemos representar por la letra «F», esto 
en honor al físico inglés Michael Faraday. No obstante, el faradio es una unidad bastante 
grande para efectos prácticos, ya que, un faradio indicaría que tenemos una gran 
capacitancia. 
7 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Factores que afectan o aumentan la capacitancia 
Existen tres factores que principalmente aumentan la capacitancia, por ejemplo: 
1. Si las placas están más cerca entre si la capacitancia aumentara y por lo contrario 
si se alejan las capacitancia disminuirá. 
2. Placas más grandes aumentan el valor de la capacitancia. 
3. El material dieléctrico es un factor determinante y directamente defina la 
capacitancia. 
Tipos de capacitores 
POR SU 
VALORFIJOS 
 
CERÁMICA 
Son capacitores en donde las inductancias 
parásitas y las pérdidas son casi nulas. La 
constante dieléctrica de estos elementos es 
muy alta (de 1000 a 10,000 veces la del aire) 
LÁMINA DE 
PLÁSTICO 
Estos tipos de capacitores son generalmente 
más grandes que los de lámina metalizada, 
pero tienen una capacitancia más estable y 
mejor aislamiento. 
MICA 
Capacitores que consisten en hojas de mica y 
aluminio colocados de manera alternada y 
protegidos por un plástico moldeado. Son de 
costo elevado. 
POLIESTER 
Sustituyen a los capacitores de papel, solo que 
el dieléctrico es el poliéster. Se crearon 
capacitores de poliéster metalizado con el fin 
de reducir las dimensiones físicas. Ventajas: 
muy poca pérdida y excelente factor de 
potencia. 
ELECTROLÍTICOS 
Estos capacitores pueden tener capacitancias 
muy altas a un precio razonablemente bajo. 
Tienen el inconveniente de que tienen alta 
corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo. 
TANTALIO Son polarizados por lo que hay que tener cuidado a la hora de conectarlo. 
POR SU 
VALOR VARIABLES 
VARIABLES 
GIRATORIOS 
Muy utilizado para la sintonía de aparatos de 
radio. La idea de estos es variar con la ayuda 
de un eje (que mueve las placas del capacitor) 
el área efectiva de las placas que están frente 
a frente y de esta manera se varía la 
capacitancia. 
AJUSTABLES 
“TRIMMER” 
Se utiliza para ajustes finos, en rangos de 
capacitancias muy pequeños. Normalmente 
éstos, después de haberse hecho el ajuste, no 
se vuelven a tocar. Su capacidad puede variar 
8 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
entre 3 y 100 picoFaradios. Hay trimmers de 
presión, disco, tubular, de placas. 
 
Circuito RC 
Un circuito de resistencia-condensador (RC) es una combinación de resistencias y 
condensadores que se utilizan para filtros y circuitos de temporización. En un 
circuito RC Simple, hay una sola resistencia y un solo capacitor. El circuito RC se 
usa generalmente como un filtro eléctrico sensible a la frecuencia. 
Un circuito RC es un circuito que contiene resistencia y capacitancia. Como se presenta en 
Capacitancia, el condensador es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, 
almacenando energía en un campo eléctrico. 
Carga y descarga del capacitor en un circuito RC 
CARGA 
En la figura de abajo podemos observar un circuito RC, el cual está en serie y es el modelo 
más simple que podemos encontrar y en el que podemos decir el más básico. En un 
principio podemos asumir que el capacitor está des energizado. 
Cuando pongamos el interruptor en la posición a, en el momento de estadio estacionario 
t=0 el capacitor y la resistencia se conectarán con la fuente fluyendo una corriente por la 
carga que alimentara el capacitor. Durante el periodo de carga, las cargas eléctricas no 
realizan un salto de una placa del capacitor a otra debido a que el espacio que hay entre 
ellas es representado por un circuito abierto. 
En vez de suceder eso, se transfiere la carga de una placa a otra placa y a los alambres de 
conexión debido al campo eléctrico establecido en los alambres por la batería, hasta el 
momento en donde queda cargado completamente el capacitor. 
V = EMAX (1 − e− tRC) 
o τ= Constante de tiempo de carga del capacitor en segundos 
o EMÁX= Voltaje en volts 
o C= Capacitancia de capacitor en Farads 
o R= Resistencia de eléctrica en ohms 
9 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
o V= Voltaje de volts 
 
DESCARGA 
Supongamos que el capacitor se encuentra totalmente cargado, en ese momento en el 
capacitor hay un voltaje Q/C y en la resistencia es cero debido a que la corriente es igual a 
cero. Entonces queremos descargar el capacitor y pasamos el interruptor a la posición b en 
t=0. En algún intervalo de tiempo en la descarga, la corriente que circula por el circuito es I 
y la carga del capacitor es q. Si observar el circuito de arriba es el mismo del de carga solo 
que no tiene una fuente de alimentación, por lo que eliminaremos la fem ε para obtener la 
ecuación de voltajes de kirchoff que se adecue a el circuito de arriba. 
V = EMAX (e− tRC) 
o τ= Constante de tiempo de carga del capacitor en segundos 
o EMÁX= Voltaje en volts 
o C= Capacitancia de capacitor en Farads 
o R= Resistencia de eléctrica en ohms 
o V= Voltaje de volts 
 
Referencias 
Administrador, A. (2020, 24 marzo). Constante de Tiempo en Circuitos RL y RC. 
Electrónica Unicrom. https://unicrom.com/constante-de-tiempo-en-circuitos-rl-y-rc/ 
Carlos G, J. (2022b, septiembre 4). ▷ 【 ¿Qué es la Capacitancia? 】Formula y Unidad 
de medida. Capacitores.Net. https://capacitores.net/que-es-la-capacitancia/ 
Circuitos RC - Física universitaria volumen 2 | OpenStax. (s. f.). 
https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-2/pages/10-5-
circuitos-rc 
Juárez, A. (2019, 23 junio). Factores que afectan la capacitancia. La física y química. 
https://lafisicayquimica.com/factores-que-afectan-la-capacitancia/ 
https://unicrom.com/constante-de-tiempo-en-circuitos-rl-y-rc/
https://capacitores.net/que-es-la-capacitancia/
https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-2/pages/10-5-circuitos-rc
https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-2/pages/10-5-circuitos-rc
https://lafisicayquimica.com/factores-que-afectan-la-capacitancia/
10 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Tabla de datos teóricos, experimentales y porcentajes de 
error 
 
Experiencia 1. 
Carga del capacitor. 
Carga del capacitor 
t, (s) Vteo, (V) Vexp, (V) %E 
0 0 0 0 
10 6.3212 6.32 0.019 
20 8.6446 8.38 3.1 
30 9.5021 9.28 2.34 
40 9.8168 9.66 1.6 
50 9.9326 9.85 0.83 
 
 
Experiencia 2. 
Descarga del capacitor 
Carga del capacitor 
t, (s) Vteo, (V) Vexp, (V) %E 
0 10 9.85 1.5 
10 3.6787 3.43 6.76 
20 1.3533 1.27 6.16 
30 0.4978 0.45 9.6 
40 0.1831 0.17 7.15 
50 0.0673 0.07 3.97 
 
 
 
 
 
11 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Cálculos experimentales 
 
Experiencia 1. 
Carga del capacitor. %𝐸 = exp − teóricoteórico × 100 = %𝐸 = 6.32 − 6.32126.3212 × 100 = 0.019 %𝐸 = 8.38 − 8.64468.6446 × 100 = 3.1 %𝐸 = 9.28 − 9.50219.5021 × 100 = 2.34 %𝐸 = 9.66 − 9.81689.8168 × 100 = 1.6 %𝐸 = 9.85 − 9.93269.9326 × 100 = 0.83 
 
 
Experiencia 2. 
Descarga del capacitor. 
 %𝐸1000Ω = exp − teóricoteórico × 100 = %𝐸1000Ω = 9.85 − 1010 × 100 = 1.5 %𝐸1000Ω = 3.43 − 3.67873.6787 × 100 = 6.76 %𝐸1000Ω = 1.27 − 1.35331.3533 × 100 = 6.16 %𝐸1000Ω = 0.45 − 0.49780.4978 × 100 = 9.6 %𝐸1000Ω = 0.17 − 0.18310.1831 × 100 = 7.15 %𝐸1000Ω = 0.07 − 0.06730.0673 × 100 = 3.97 
 
12 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Cuestionario 
 
1. EI faradio es la unidad de medida de: 
a) capacitancia 
 
2. EI dispositivo eléctrico que almacena energía por medio de un campo electrostático es: 
d) el capacitor 
 
3. Los factores que determinan la capacitancia de un capacitor son: 
b) el área de las placas, la distancia entre estas y el dieléctrico 
 
4. La función de la resistencia en un circuito RC es: 
a) aumentar la constante capacitiva de tiempo (t) 
 
5. El porcentaje que el capacitor se carga o descarga cada constante de tiempo es: 
d) 63.2% de la carga 4 total 
 
6. La fórmula para calcular el voltaje de carga de un capacitor es: 
c) V=Emax (1-e^-t/RC) 
 
7. Un capacitor de placas paralelas con un dieléctrico determinado, conectado a una 
batería, almacena el doble de energía en comparación con otro de igual dimensiones, 
aislado por aire. En este caso, la permitividad relativa del dieléctrico es: 
a) 0.5 
 
8. ¿Qué sucede con la capacidad total cuando dos capacitores se conectan en paralelo? 
a) Aumenta 
 
9. La finalidad de insertar un material no conductor (dieléctrico) entreun condensador es: 
d) incrementar la capacitancia 
13 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
10. ¿En qué constante de tiempo se considera que el capacitor está prácticamente cargado 
y la corriente eléctrica es casi nula? 
d) 5τ 
14 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Observaciones 
 
Se realizó toda la experimentación, gracias a que se contó con todo el material y 
tiempo necesario, así como una explicación previa a la práctica de los 
conocimientos teóricos, permitiendo así que se tuviera una facilidad a la hora de 
desarrollar lo práctico. 
Las sensaciones que arrojaba mientras se realizaba la experimentación cuando se 
realizó por primera vez eran buenas, sin embargo, al ir comparando con los 
resultados teóricos, no daban buenas sensaciones, por lo que se realizó una 
segunda vez y al ir recogiendo los datos, se podía observar que eran mejores que 
los de la primera vez. 
Algunos parámetros que no se explican al principio de la práctica son los del tiempo, 
ya que al encender la fuente no coincidía con el cronómetro, se tuvo que activar el 
cronómetro un segundo después de haberse prendido la fuente y así, por fina, se 
obtuvieron los resultados deseados. 
 
 
15 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Conclusiones 
 
López García Monserrath: 
Durante el desarrollo de la practica experimental se analizamos el comportamiento de los 
circuitos que tienen RC que son aquellos que tienen una resistencia y un capacitor 
analizamos la carga de un capacitor en relación con el tiempo que este tarda en poder tener 
la carga completa. 
Observamos que para poder cargar el capacitor de manera correcta se emplea una 
resistencia para lograr que este no tenga daños al momento de la carga, y cuando el 
capacitor se descargue la energía acumulada por el mismo se libere de manera controlada 
y esto sirve en un circuito usado en la vida real para cundo en un circuito el capacitor libere 
la energía de forma controlada hacia los demás componentes de manera controlada 
Comprendimos los circuitos de este modelo, como funcionan, su utilidad en la vida cotidiana 
y la importancia de estos en diversos aparatos y componentes por su modo de funcionar y 
las acciones que realizan 
Aprendimos que existen diversos tipos de capacitores y su funcionamiento de estos. Se 
cumplieron los objetivos planteados y esperados ya que entendimos en todo momento su 
funcionamiento y uso, a pesar de haber realizado distintas mediciones repetidas veces 
debido a que los valores experimentales nos daban números algo alejados a los valores 
teóricos obtenidos. 
 
Pérez Andrade Manuel: 
Los circuitos RC están presentes en todos los dispositivos electrónicos, ya que necesitan 
de fuentes de alimentación y los circuitos ayudan a convertir la energía el voltaje de 
corriente alterna en voltaje de corriente directa. 
Finalmente, todos los objetivos se cumplieron, no se presentaron problemas más grandes 
que impidieran continuar con la práctica. Esto se ve reflejado en las tablas de resultados, 
pues los experimentales y los teóricos son cercanos. 
Las razones de las pequeñas diferencias que se encuentran se pueden deber a que no se 
podía calcular con exactitud y precisión el voltaje con respecto al tiempo, ya que el 
16 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
cronómetro no es exacto, los intervalos de tiempo y el voltímetro no era continuo, por lo que 
los valores sólo podían ser similares, no iguales, por muy bien que se hiciera la experiencia. 
Los porcentajes de error son muy bajos, menores al 10%, indicando que el desempeño 
obtenido en la práctica es bueno, y que los resultados son útiles para analizar el tema de 
circuitos RC. 
 
Segura Paulino Katia Lizette: 
Al realizar la práctica se tuvo algunos inconvenientes ya que se iba verificando con los 
cálculos previos y marcaba un porcentaje de error muy alto por lo que se tenía que repetir 
el proceso, se hizo por muchas veces, cuatro veces para ser exactos. 
Al final la práctica se realizó con éxito, los objetivos de la práctica se cumplieron, el proceso 
de carga y descarga de un capacitor electrolítico en un circuito RC, este contiene una 
resistencia y capacitancia, el condensador es un componente eléctrico que almacena una 
carga eléctrica, almacenando energía en un campo eléctrico. 
Todas las actividades previas sirven de mucho para poder realizar bien la práctica, como lo 
fueron los cálculos y así darse cuenta que estaba mal el primer experimento, la exposición 
de los compañeros junto a la explicación de la maestra se complementa para poder 
comprender mejor, así como todo lo visto en teoría, los porcentajes de error son aceptables 
ya que son menores al 10% y esto pudo ser consecuencia de que tal vez no se prendía el 
cronómetro y la fuente al mismo tiempo o hasta el compañero encargado de verificar lo que 
marcaba el multímetro ya que cambiaba muy rápido. 
 
Vera Pérez María Fernanda: 
Al realizar la práctica se tuvieron distintos obstáculos que pudieron afectar cumplir el 
objetivo de la práctica, los cuales fueron que los resultados de voltaje experimental no eran 
cercanos a los resultados de voltaje teórico, esto se pudo deber a diversos factores, tales 
como, el no encender la fuente al mismo tiempo que el cronómetro o fallas en el panel de 
circuitos. Por esto, fue necesario repetir la experimentación 4 veces, en la cuarta vez nos 
dimos cuenta de nuestro error al momento de encender la fuente y el cronómetro, de 
manera que, los resultados obtenidos fueron favorables. 
17 
 
Profesora: Sandra Villanueva Funez 
1PM21 Equipo #8 Sección B 
Periodo 23-1 
Los porcentajes de error fueron menores al 10%, por lo que se puede inferir que al final la 
práctica fue exitosa y se cumplió con el objetivo de ésta, mediante el análisis y la 
observación fuimos capaces de comprender cómo funciona un circuito RC, que consiste en 
un capacitor y un resistor, así como, la carga y descarga del mismo y sus aplicaciones en 
la industria. 
 
Zoyoquila Rodríguez Brandon Ezer: 
De manera oportuna, me gustaría concluir que fue clave contar con los conocimientos 
previos, así como de las presentaciones que realizó el equipo 7 al inicio de la práctica, ya 
que gracias a los primeros se realizaron los cálculos previos utilizando todos los principios 
aprendidos. Mientras que, por otra parte, dicha exposición resultó bastante útil para llevar 
a cabo una práctica sin ningún tipo de percance, ya sea hacia nuestra persona o hacia el 
equipo utilizado. 
Poniendo bajo análisis los resultados queda en evidencia que fue finalmente un éxito, 
debido a que el porcentaje de error con el que se trabajó fue menor al 10%, y los resultados 
experimentales siempre se mostraron cercanos a los calculados; aún a pesar de que 
durante la experimentación se presentaron varios errores que a base de prueba y error se 
pudieron mejorar, pues se involucraba el cronometro, el voltímetro, así como la sincronía 
de tiempos, y más importante aún, el factor humano, que pudo haber sido el principal 
causante de las diferencias entre los valores esperados y los obtenidos. A pesar de ello, 
finalmente se pude realizar una prueba que nos dió valores bastante cercanos y se pudieron 
tomar como válidos. 
Los objetivos se cumplieron con eficiencia y aprendizaje correcto, ya que el cuestionario 
final se resolvió con facilidad por parte de todo el equipo. Así mismo, los conocimientos y 
experiencias adquiridas servirán oportunamente para futuras prácticas, así como para 
conocimientos básicos en el área laboral, enfocados al apartado eléctrico y electrónico 
dentro de las industrias.