Informe 10 Fisica Elec- Magnetismo.docx

“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA” ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA, MECÁNICA ELECTRICA Y MECATRÓNICA

FISICA: FLUIDOS Y TERMODINAMICA Practica #

:

10

TEMA

:

Regimen Transistorio de la Descarga De un Capacitor

DOCENTE

:

Sonia Fernandez Huaycho

Grupo

:

09

ALUMNOS

:

DELGADO ARCE, MARÍA JOSÉ MAMAMANI MAMANI, CARLOS CESAR MELO MEDINA, CARLOS MARCELO USKA QUIROZ, JORGE ANDRES

AREQUIPA – PERU

2018

Objetivos -

Determinar experimentalmente la ecuación que rige el proceso de descarga de un capacitor. Determinar el valor de la constante de tiempo a partir de los datos experimentales para un circuito RC.

Equipos y Materiales -

Fuente de Corriente continua Cronometro Base de conexiones Resistencias

-

Puente de Conexión Conmutador Capacitores Cables

Procedimiento Experimental a) Instalar el equipo como muestra el esquema.

Figura 1. Esquema 1 b) c) d) e)

Coloque el conmutador en la posición “a”. Ubique las resistencias 𝑅1 y 𝑅2 de 100Ω y 10𝑘Ω respectivamente. Colocar el voltímetro de tal forma que registre el voltaje del capacitor. Cerrar el circuito y observe el valor del voltaje, cuando el capacitor se carga, ¿Cual es el valor del voltaje máximo del capacitor cuando está cargado? 𝑉 = (17.37 ± 0.01)𝑉 f) Luego coloque el voltímetro en paralelo a la resistencia 𝑅2 . g) Coloque el conmutador en la posición “b” y simultáneamente registre el tiempo y voltaje correspondiente. h) Anote sus datos en Tabla 1.

TABLA 1. Recopilación de Datos. Variación del voltaje con el paso del tiempo (cada 10 segundos), y cálculo de logaritmo del voltaje en la resistencia 𝑹𝟐 . Lectura

𝑽𝑹𝟐 (V)

𝒕 (s)

𝒍𝒏(𝑽𝑹𝟐 )

1

15.20

10

2.92

2

14.58

20

2.68

3

14.20

30

2.65

4

13.44

40

2.63

5

13.73

50

2.63

6

13.55

60

2.61

7

13.40

70

2.60

8

13.27

80

2.59

9

13.15

90

2.58

10

13.05

100

2.57

11

12.45

110

2.36

12

12.86

120

2.55

13

12.78

130

2.55

14

12.71

140

2.54

15

12.64

150

2.54

Análisis de datos experimentales 1. ¿Cuándo se dice que el capacitor está cargado? Explique Se dice que un capacitor está cargado, cuando el capacitor almacena energía, cuando existe carga eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial entre ellas. La forma más común para almacenar energía en un capacitor es cargar uno mediante una fuente de fuerza electromotriz fem; de ésta forma y después de un tiempo relativamente corto, el capacitor adquiere una carga eléctrica Qo y por lo mismo tendrá una diferencia de potencial Vo entre sus placas.

2. Calcular el valor para cada caso del logaritmo del voltaje en la resistencia R2, registre sus cálculos en la TABLA 1. Fórmula Usada: Ln(VR2)

3. Grafique usando una escala apropiada el voltaje VR2 en función del tiempo “t”. Grafica1. Voltaje(VR2) en función del tiempo V(V) 160 140

Voltaje(V)

120

100 80 60 40 20 0 12.25

12.75

13.25

13.75

14.25

14.75

15.25

t(s) 15.75

Tiempo(t)

4. Linealice la GRAFICA 1, haciendo una gráfica del logaritmo de VR2 en función del tiempo “t”. Grafica 2. Logaritmo de VR2 en función del tiempo V(V) 2.7 2.68

Logaritmo de V(V)

2.66 2.64 2.62

V = -0.001t + 2.679

2.6 2.58 2.56 2.54 2.52 2.5 0

20

40

60

80

100

120

140

160 t(s)

Tiempo(t)

Comparación y Evolución de resultados 1. ¿Corresponde las gráficas obtenidas a partir de los datos experimentales con las predicciones teóricas? Explique. Si, la gráfica 1 es una curva y la otra gráfica es lineal, en ella podemos analizar que a medida que el tiempo crece el voltaje disminuye, es decir se descarga el capacitor.

2. ¿Qué concluye la GRAFICA 1? Explique. Vemos que en tiempo 0 el voltaje corresponde al almacenado por el capacitor, y que decae en el tiempo debido a que el capacitor se está descargando y las cargas redistribuyendo. Se podría extrapolar que pasado cierto tiempo el potencial del sistema se hará nulo. 3. De la GRAFICA 2, obtenerle valor de la pendiente de la recta y su incertidumbre. ¿Qué representa? Explique. 𝑦 − 𝑦′ 𝑚= 𝑥 − 𝑥′ 15.20 − 12.64 𝑚= = 10 − 150 𝑚 = −0.018

4. ¿Que representa la pendiente de la recta? La pendiente representa el inverso negativo de la constante τ 1 1 𝑚=− =− τ RC 5. Con la ayuda de la pendiente de la GRAFICA 2, calcule el valor de la constante de tiempo “t” y su incertidumbre. La constante experimentalmente es: 1 1 τ=− = = 54.69 m −0.018 6. Comparar el valor de la constante de tiempo obtenido experimentalmente con el valor calculado a partir de los valores nominales de la capacitancia C y resistencia R2. La constante teóricamente es: τ=R×C τ = 10 × 103 × 3300 × 10−6 τ = 33 Los valores son lejanos, esto se debe a los errores cometidos en la realización de la práctica. El error cometido es un error sistemático, ya que es provocado por las personas que elaboramos la práctica, estos errores son la inexactitud la mala sincronización

Conclusiones 1. Los tiempos de carga y descarga dependen sólo de los valores de resistencia y capacidad y no de las tensiones o corrientes establecidas. 2. El condensador no se puede descargar instantáneamente, su "inercia eléctrica" se opone a los cambios bruscos de tensión, variando exponencialmente. 3. En régimen permanente, transcurrido tiempo suficiente, los condensadores se comportan como circuitos abiertos en corriente continua, no dejando circular intensidad más que en el periodo transitorio de carga. 4. ζ define el tiempo en que demora el Condensador en Cargarse o Descargarse. 5. En el proceso de descarga de un condensador, el voltaje disminuye de la misma forma, es decir, exponencialmente. 6. La resistencia también retarda el proceso de descarga y también se relaciona directamente proporcional con ζ.

Cuestionario Final 1. ¿Es posible determinar el valor de la fem de la fuente en el experimento? Explique. Si, ya que se puede ver en la lectura del voltímetro la diferencia de potencial bruta de la fuente, esta medida debe ser sin conectarse a una fuente de corriente. 2. La constante de tiempo “𝝉” del circuito RC es el tiempo necesario para descargar completamente el capacitor. Explique. Es un indicador de la velocidad de reacción del circuito ante una perturbación (debido a un escalón de tensión). Cuanto mayor sea este valor, el valor final del estado de equilibrio se alcanzará más rápidamente. La observación de la curva de la tensión, o incluso de la corriente, permite aproximar al valor de la constante de tiempo como se muestra en esta animación. 3. Para resistencias muy grandes es fácil construir circuitos RC con constantes de tiempo de varios segundos o minutos. ¿Cómo se podría utilizar este hecho para medir resistencias muy grandes para ser medidas por métodos convencionales? Explique. Para lograr este objetivo se necesita un multímetro de gran impedancia (resistencia) de entrada (mejor si se usa un multímetro digital). Se coloca la resistencia de valor desconocido en serie el voltímetro (multímetro conectado como voltímetro / para medir voltios). Esto causa una división de voltaje entre la resistencia interna del voltímetro y la resistencia. 4. ¿Por qué se utilizan acumuladores en vez de capacitores como fuentes de corriente para usos de arranque de automóviles? Explique. Una batería está diseñada para sostener una carga eléctrica y entregarlo a un ritmo sostenido durante un largo período de tiempo, por lo que se ha convertido en la tecnología estándar. A diferencia de una batería, los condensadores sólo pueden cumplir con su carga a la vez durante un período muy corto de tiempo, es por eso que para el arranque de los automóviles se utiliza acumuladores. 5. ¿Se aplican las reglas de Kirchhoff en un circuito RC? Explique. El comportamiento del circuito RC varía en el voltaje con respecto al tiempo en los procesos de carga y descarga de un capacitor; porque, en los circuitos electrónicos se utilizan para almacenar y liberar electricidad en cantidades controladas. Se comprueba que las leyes de Kirchhoff son muy útiles para la solución de circuitos RC.