Fundamentos_teoricos[1].docx

I. Objetivos.  

Estudiar las características de un condensador. Estudiar el comportamiento de la intensidad de corriente y voltaje cuando se carga y descarga con ayuda de un multitester, a distintos intervalos de tiempo con ayuda de un cronometro.

II. Materiales y equipos utilizados

Fig.(1) Fuente de alimentación regulable

Fig.(2) multímetro digital

Fig.(3) Multimetro analógico

Fig.(4) Protoboard tipo regleta

Fig.(5) Transformador

III. FUNDAMENTOS TEORICOS. Un condensador, también llamado capacitor, es un componente eléctrico que almacena carga eléctrica, para liberarla posteriormente. También se suele llamar capacitor eléctrico. ¿CÓMO ALMACENA LA CARGA EL CONDENSADOR? Para almacenar la carga eléctrica, utiliza dos placas o superficies conductoras en forma de láminas separadas por un material dieléctrico (aislante). Estas placas son las que se cargarán eléctricamente cuando lo conectemos a una batería o a una fuente de tensión. Las placas se cargarán con la misma cantidad de carga (q) pero con distintos signos (una + y la otra -). Una vez cargado ya tenemos entre las dos placas una d.d.p o tensión, y estará preparado para soltar esta carga cuando lo conectemos a un receptor de salida.

El material dieléctrico que separa las placas o láminas suele ser aire, tantalio, papel, aluminio, cerámica y ciertos plásticos, depende del tipo de condensador. Un material dieléctrico es usado para aislar componentes eléctricamente entre si, por eso deben de ser buenos aislantes. En el caso del condensador separa las dos láminas con carga eléctrica. La cantidad de carga eléctrica que almacena se mide en Faradios. Esta unidad es muy grande, por eso se suele utilizar el microfaradio, 10 elevado a menos 6 faradios. 1 µF = 10-6 F. También se usa una unidad menor el picofaradio, que son 10 elevado a menos 12 Faradios. 1 pF = 10-12 F. Esta cantidad de carga que puede almacenar un condensador, se llama Capacidad del Condensador y viene expresada por la siguiente fórmula:

𝑐 = 𝑞 ⁄𝑣 q = a la carga de una de los dos placas. Se mide en Culombios. V = es la tensión o d.d.p entre los dos extremos o placas o lo que es lo mismo la tensión del condensador. Se mide en voltios.

Carga de un condensador

Cuando el interruptor se mueve a A, la corriente I sube bruscamente (como un cortocircuito) y tiene el valor de I = E / R amperios (como si el condensador no existiera momentáneamente en este circuito serie RC), y poco a poco esta corriente va disminuyendo hasta tener un valor de cero (ver el diagrama inferior). El voltaje en el condensador no varía instantáneamente y sube desde 0 voltios hasta E voltios (E es el valor de la fuente de corriente directa conectado en serie con R y C, ver diagrama 1). El tiempo que se tarda el voltaje en el condensador (Vc) en pasar de 0 voltios hasta el 63.2 % del voltaje de la fuente está dato por la fórmula T = R x C donde R está en Ohmios y C en Milifaradios y el resultado estará en milisegundos. Después de 5 x T (5 veces T) el voltaje ha subido hasta un 99.3 % de su valor final Al valor de T se le llama "Constante de tiempo" Analizan los dos gráficos se puede ver que están divididos en una parte transitoria y una parte estable. Los valores de Ic y Vc varían sus valores en la parte transitoria (aproximadamente 5 veces la constante de tiempo T), pero no así en la parte estable. Los valores de Vc e Ic en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:

Vc = E + ( Vo - E) x e-T/ t , Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)

Ic = ( E - Vo ) x e-T/ t/ R Vo es el voltaje inicial del condensador (en muchos casos es 0 Voltios)

VR = E x e-T/ t Donde : T = R x C

DESCARGA DE UN CONDESNADOR

El interruptor está en B. Entonces el voltaje en el condensador Vc empezará a descender desde Vo (voltaje inicial en el condensador). La corriente tendrá un valor inicial de Vo / R y disminuirá hasta llegar a 0 (cero voltios). Los valores de Vc e I en cualquier momento se pueden obtener con las siguientes fórmulas:

Vc = Vo x e-t / T I = -(Vo / R) e-t / T Donde: T = RC es la constante de tiempo

NOTA: Si el condensador había sido previamente cargado hasta un valor E, hay que reemplazar Vo en las fórmulas con E

IV. PROCEDIMIENTO. V. RESULTADOS OBTENIDOS. EXPERIENCIA 1

VARIACION DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Total 5 min

Vc (medido)

0

3.37

5.87

7.24

8.18

8.75

9.10

9.33

9.44

9.50

9.52

9.52

9.52

9.53

Tabla 1: Carga del condensador

VARIACION DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU DESCARGA t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Total 5 min

Vc medido)

9.53

7.14

4.53

2.92

1.98

1.29

0.88

0.56

0.36

0.27

0.18

130 mV

98 Mv

91 mV

Tabla 2: Descarga del condensador

EXPERIENCIA 2

VARIACION DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Total 7.35min

Ic (medido)

0.98 mA

0.60 mA

0.53 mA

0.47 mA

0.43 mA

413 𝜇𝐴

386 𝜇𝐴

360 𝜇𝐴

338.8 𝜇𝐴

319.9 𝜇𝐴

301.5 𝜇𝐴

286.1 𝜇𝐴

272.8 𝜇𝐴

Tabla 1: Carga del condensador VARIACION DE LA CORRIENTE DEL CONDENSADOR DURANTE SU DESCARGA T (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Ic (medido)

0.02 mA

-0.62 mA

-0.42 mA

-0.28 mA

-0.20 mA

-0.13 mA

-0.09 mA

-0.06 mA

-0.04 mA

-30.2 𝜇𝐴

-22.6 𝜇𝐴

-17.5 𝜇𝐴

-13.6 𝜇𝐴

Tabla 4: Descarga del condensador EXPERIENCIA 3

Total 3.51min

7.2 mV Vresistencia 3.133 V VC1 6.78 V VC2 10.10 V Vfuente Tabla 5: tendencias de los voltajes del circuito

Decrece Crece Crece

EXPERIENCIA 4 𝑉𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 = 10 𝑉 I = 1.02 mA

VI.

CUESTIONARIO.

1) Defina que es un condensador y explique cómo está constituido Es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Internamente está conformado por dos placas metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico, externamente dispone de dos terminales metálicos, que sirve para conectarlos eléctricamente a los demás componentes eléctricos y cada terminal está conectado a cada placa metálicas, el material del dieléctrico es clave en la determinación de las características que tendrá el condensador , debido a que el aislante es el que determina la tensión máxima de funcionamiento.

2. Describa como está constituido un condensador electrolítico y cuáles son sus uso. Un condensador electrolitico es un tipo de condensador, que usa como principal diferencia un líquido iónico (fluido gel líquido) gracias al cual consigue alcanzar una mayor capacidad que otros tipos de condensadores.

Estos tipos de condensadores su vida útil es menos y las perdidas almacenadas son mayores

3) ¿Qué parámetros se debe especificar cuándo se desea comprar un condensador Todo condensador tiene dos parámetros: El voltaje y el micro Faradio. Por ejemplo: 100 voltios significa que es a esa tensión máxima que puedes conectar el conectar al condensador sino se puede quemar .El microfaradio es la capacidad de almacenar energía, a más micro faradios más tiempo le tarda la energía almacenada 4) ¿Se puede hacer la prueba de un condensador con un ohmímetro digital?¿Cómo?

Si, se puede hacer con un Multímetro analógico o digital en un valor de medición de resistencia, al conectar las puntas de prueba con el condensador, la aguja del multímetro debe de flexionar rápidamente hacia cero y luego lentamente retornar a su posición. Posibles resultados y el diagnostico respectivo:  

Si la aguja se mantiene en reposo, entonces el condensador está abierto y debe ser remplazado. Si la aguja se mantiene en cero, entonces el condensador esta cortocircuitado y debe ser reemplazo



Si la agua se detiene durante la deflexión, entonces el condensador presenta fugas y debe ser remplazado 5) En su experimento, que función cumple el resistor 10 k𝜴 en el circuito de carga del condensador

La resistencia no solo tiene la función de limitar el paso de corriente en cierto circuito, sino también podemos provocar caídas de tensión a valores deseados. 6) ¿Cómo podría hacer para que la carga del condensador de 2200𝜇𝐹 sea más lenta? ¿O más rápida? Para que la carga del condensador sea más lenta deberíamos aumentar el valor de la resistencia en cambio para que la carga se más rápida deberíamos bajar el valor de la resistencia 7) Calcule teóricamente el voltaje en su condensador en el instante 𝑡 = 40𝑠 y compárelo con el valor obtenido en la tabla I De la Formula: −𝑡

𝑉(𝑡) = 𝑉𝑓 (1 − ℯ 𝑅𝐶 ) −40

𝑉(𝑡) = 10 (1 − ℯ 22000 ) 𝑉(𝑡) = 8,37 Porcentaje de error ℰ% = 0,0227𝑥100 ℰ% = ℰ% =

8)

|𝑇−𝐸|

𝑥100%

𝑇 |8,37−8,18| 8,37

ℰ% = 2.27%

𝑥100%

Con los valores de voltaje en el condensador de su tabla I deduzca una tabla igual para los voltajes en la resistencia Y grafique la curva 𝑉𝑅 vs 𝑡 𝑉𝑓𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝑉𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 − 𝑉𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜𝑟 = 0

VARIACION DEL VOLTAJE DEL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA t (seg)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Total 5 min

Vc (medido)

0

3.37

5.87

7.24

8.18

8.75

9.10

9.33

9.44

9.50

9.52

9.52

9.52

9.53

𝑉𝑅 (medido)

10

6.63

4.13

2.76

1.82

1.25

0.9

0.67

0.56

0.5

0.48

0.48

0.48

VR VS t 140 120 100 80 60 40 20 0 0

2

VII. OBSERVACIONES VIII. CONCLUSIONES IX. RECOMENDACIONES X.

BIBLIOGRAFIA

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