UNIVERSIDAD SAN MARTN DE PORRES

UNIVERSIDAD SAN MARTN DE PORRES

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

TITULO: Carga y Descarga de los CondensadoresMESA N: 5SECCION: 60D

PROFESOR: Castro Salazar, FredyINTEGRANTES DEL GRUPO: Chvez Atoche, Jos Luis

Espinoza Rincn, Cesar Aarn Huamanchumo Leiva, Juan Rafael

FECHA REALIZADA: 11-09-14

FECHA DE ENTREGA: 18-09-14

2014INTRODUCCION

El presente trabajo ha sido elaborado para apoyar el proceso de enseanza y aprendizaje en el curso mencionado. Teniendo en cuenta los objetivos daremos a conocer todo lo aprendido durante la clase realizada en el Laboratorio de Fsica II.

Si se aplica corriente continua (corriente que no vara con el tiempo) a un condensador, este se comporta como un circuito abierto y no dejar pasar la corriente a travs de l (las placas del condensador no se tocan, aunque estn muy cerca)

A continuacin presentaremos un informe completo en el cual se podr apreciar el resultado del informe realizado con las integrantes del grupo mencionado, as como tambin el desarrollo de las preguntas formuladas en la gua de laboratorio. Esperando que el informe sea de su mayor agrado.

PRACTICA DE LABORATORIO # 4

CARGA Y DESCARGA DE LOS CONDENSADORES

I. OBJETIVO

Efectuamos pruebas que permitieron diagnosticar el estado de los condensadores.

Estudiamos la variacin del voltaje y la corriente durante el proceso de carga y descarga de un condensador.

Estudiamos sobre los voltajes establecidos en un circuito que incluye condensadores.

II. MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

01 Multmetro analgico

01 Multmetro digital Mod. Serie II-77

01 Fuente de alimentacin regulable

01 Condensador electroltico 2,200 F- 16V

01 Condensador electroltico 1,000 F- 16V

01 Resistencia Leybold de 10 K

04 Clavijas Tipo Jack LEYBOLD

01 Protoboard LEYBOLD

04 Cables para conexiones LEYBOLD.

III. FUNDAMENTO TEORICO

Condensadores, Capacitares

Dispositivo que consiste fundamentalmente en dos superficies conductoras separadas por un dielctrico-aire, papel, mica, el aceite y el vaco, instrumento en el cual almacena la energa elctrica, bloquea el paso de corriente continua y permite el flujo de corriente alterna hasta un grado que depende de su capacidad y su frecuencia.

Los condensadores tienen un lmite para la carga elctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducir corriente continua durante slo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy tiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito elctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrnicos. Adems, en los tendidos elctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia elctrica en el cable y permitir la transmisin de ms potencia.

Carga de un condensador.

Considrese el circuito en serie de la figura. Inicialmente el condensador est descargado. Si se cierra el interruptor I la carga empieza a fluir produciendo corriente en el circuito, el condensador se empieza a cargar. Una vez que se alcanza la carga mxima la corriente cesa en el circuito.

En el circuito de la figura tendremos que la suma:

Vab + Vbc + Vca = 0 El extremo a tiene un potencial mayor que el extremo b de la resistencia R ya que la corriente fluye de a a b. De acuerdo a la ley de Ohm Vab = iR.

La placa positiva del condensador b tiene mayor potencial que la placa negativa c, de modo que Vbc = q/C.

El terminal positivo de la batera a tiene mayor potencial que el terminal negativo c, de modo que Vca = -Ve, donde Ve es la fem de la batera.

La ecuacin del circuito es:

iR + q/C - Ve = 0Teniendo en cuenta que la intensidad se define como la carga que atraviesa la seccin del circuito en la unidad de tiempo, i = dq/dt, tendremos la siguiente ecuacin para integrar:

Derivando con respecto al tiempo, obtenemos la intensidad en funcin del tiempo:

La carga tiende hacia un valor mximo CVe al cabo de un cierto tiempo, tericamente infinito.

La intensidad disminuye exponencialmente con el tiempo, hasta que se hace cero cuando se alcanza la carga mxima.

La cantidad RC que aparece en el denominador de t se denomina constante de tiempo del circuito. Este representa el tiempo que tomar a la corriente para decrecer hasta 1/e de su valor inicial.

Un tubo-capilar alimentado por un flujo constante producido por un frasco de Mariotte es la analoga hidrulica de la carga de un condensador.

Descarga de un condensador.

Consideremos ahora el circuito que consta de un condensador, inicialmente cargado con carga Q, y una resistencia R, y se cierra el interruptor I.

La ecuacin del circuito ser la siguiente:

Vab + Vba = 0 Como la corriente va de a hacia b, el potencial de a es ms alto que el potencial de b. Por la ley de Ohm Vab = iR.

En el condensador la placa positiva a tiene ms potencial que la negativa b, de modo que Vba = -q/C.

La ecuacin del circuito es:

iR-q/C = 0Como la carga disminuye con el tiempo i = -dq/dt. La ecuacin a integrar es:

La carga del condensador disminuye exponencialmente con el tiempo. Derivando con respecto del tiempo, obtenemos la intensidad, en el sentido indicado en la figura.

Que disminuye exponencialmente con el tiempo.

La descarga tubo-capilar es la analoga hidrulica de la descarga del condensador.

IV. PROCEDIMIENTO SEGUIDO

PRUEBA DE CONDENSADORES

1) Usamos el multmetro analgico en la funcin de Ohmmetro y colocamos el Selector de Rangos a la posicin R X 100. Esta escala es la adecuada para comprobar el estado del condensador proporcionado.

Conectamos el condensador segn la FIG. 1 (a). Al conectar las puntas de prueba con el condensador, la aguja del multmetro reflexion rpidamente hacia cero y luego retom lentamente a su posicin de reposo (infinito). Esta prueba se realiza alternativamente la polaridad del condensador conectado al multmetro.

Los posibles resultados y el diagnstico respectivo sobre el estado del condensador son los siguientes:

Si la aguja se mantiene en reposo (no se mueve), entonces el condensador est abierto y debe ser reemplazado.

Si la aguja se detiene durante la deflexin, entonces el condensador presenta fugas y debe ser reemplazado.

Si la aguja se mantiene en cero, entonces el condensador est cortocircuitado y debe ser reemplazado.

VARIACIN DEL VOLTAJE EN EL CONDENSADOR DURANTE SU CARGA Y DESCARGA

Precaucin!: Antes de encender la fuente regulada de DC, para energizar un circuito, verificamos que el voltaje de salida sea cero (perilla izquierda girada totalmente en sentido anti horario).

a) Armamos el circuito de la siguiente figura. Regulamos la salida de la fuente a 10 V y conectamos. Tomamos nota de la lectura en el ampermetro.

Es de 1.005mA.

b) Conectamos el condensador en el circuito anterior, segn la disposicin mostrada en la figura. Es importante tener presente la polaridad del condensador para evitar destruirlo. Dejamos suelto el cable conector.

c) Conectamos un extremo conector al punto a y observamos el voltmetro. Tomamos nota del tiempo e que el voltaje en el condensador toma su valor mximo que es 10 v.

d) Conectamos un extremo del cable conector al punto a y observamos el voltmetro. Tomamos nota de lo que indica ahora el voltmetro.

e) Retiramos el cable conector del punto a. Tomamos nota de lo que indica el voltmetro.

f) Conectamos un extremo del cable conector al punto b y observamos el voltmetro. Tomamos nota de lo que indica ahora el voltmetro.

g) Repetimos los pasos 4 y el 6, registrando en cada caso la variacin del voltaje en el condensador con el tiempo. El multimetro digital facilitar las lecturas. Completamos la Tabla I y II.Tabla I

T(seg)0102030405060708090100110120Total=145

V03.65.67.168.158.799.29.479.679.779.859.99.9410

Tabla II

T(seg)0102030405060708090100110120Total=

V(mV)9.926.143.832.3041.31.0150.6890.4570.296194.4133.793.264.80

h) Trazamos las curvas caractersticas de voltaje en funcin del tiempo para la carga y descarga del condensador (usamos para el voltaje los valores promedio de las Tablas I y II respectivamente.

Grfica de la tabla I

Grfica de la tabla I

CORRIENTE DURANTE LA CARGA Y DESCARGA DEL CONDENSADOR

1) Armamos el circuito de la siguiente figura. Nos aseguramos que el condensador estuviera completamente descargado. No se conecta el cable conector.

2) Conectamos uno de los extremos del cable conector al punto a. Tomamos nota del valor inicial indicado por el ampermetro y de su variacin con el tiempo.

3) Retiramos el extremo del cable conectado al punto a.

4) Conectamos el extremo del cable conector al punto b. Tomamos nota del valor inicial indicado por el ampermetro y de su variacin con el tiempo.

5) Repetimos los pasos 2 y 4 registrando en cada caso la variacin de corriente en el condensador con el tiempo. El multmetro analgico nos facilit nuestras lecturas. Completamos la Tabla III y la Tabla IV.

Tabla III

T(seg)0102030405060708090100110120Total=

V1.030.570.370.240.160.10.070.050.040.030.020.020.020

Tabla IV

T(seg)0102030405060708090100110120Total=120

V-1.03- 0.61-0.38-0.25-0.16-0.1-0.06-0.04-0.02-0.010000

6) Trazamos las curvas caractersticas de corriente en funcin del tiempo para la carga y descarga del condensador (usamos para la corriente los valores promedio de las Tabla III y IV respectivamente.

Grafica de la tabla III

Grafica de la tabla IV

VOLTAJE EN UN CIRCUITO CON CONDENSADOR

1) Armamos el circuito mostrado en la figura:

2) Utilizamos el voltmetro digital y tomamos nota de los voltajes en los extremos de la resistencia y de los condensadores.

3) Diga que observa segn los resultados obtenidos en la Tabla V. Explicar tericamente.

TABLA V

V resistencia0 crece

Vc13.76 decrecen

Vc26.24 decrecen

V fuente10

Que el voltaje en el condensador1 (3.56) ms en voltaje del condensador2 (6.24) da como resultado el voltaje de la fuente (10.02).

i) RESULTADOS (TABLAS)

Los resultados se ven plasmados en las tablas y en los grficos

j) OBSERVACIONES

Se debe observar que la polaridad del condensador electroltico en el momento de conectarlo al circuito de medida debe ser correcta.

Con el uso del Ohmmetro analgico se puede analizar fsicamente el estado de funcionamiento del condensador.

En esta prctica de laboratorio se han realizado experimentos para conocer el uso de los condensadores.

La capacitancia de un condensador es siempre positiva.

La capacitancia de un condensador depende de la geometra del dispositivo y del material que separa a los conductores, llamados dialcticos.

Se dice que ha habido circulacin de cargas entre las placas si despus de accionar el conmutador la aguja del ampermetro se desva brevemente y vuelve a cero a continuacin.

Durante la descarga la aguja se desva brevemente en sentido opuesto.

Antes de hacer cualquier medicin con el Ohmmetro hay que asegurarse que el circuito a medir este desconectado totalmente.k) CUESTIONARIO

1. Defina que es un condensador y explique cmo est constituido.

Condensadores comerciales.- suelen fabricarse utilizando laminas metlicas intercaladas con delgadas hojas de papel impregnado de parafina o mylar que los cuales sirven como material dielctrico que despus se enrollaran en forma de un cilindro para formar un pequeo paquete.

condensador de papel

Condensador de plsticoCondensadores de alto voltaje.- constan de varias placas metlicas entrelazadas inmersas en aceite de silicio.

Condensadores pequeos.- se construyen a partir de materiales cermicos.

CONDENSADOR CERAMICOCondensadores variables.- (de 10 a 500 pF) compuestos de 2 conjuntos de placas metlicas entrelazadas, uno fijo y el otro mvil, con aire como dielctrico

Condensadores electrolticos.- se usa con frecuencia para almacenar grandes cantidades de carga a voltajes relativamente bajos. Consta de una hoja metlica en contacto con un electrolito. Los condensadores electroltico no son reversibles, estos tienen polaridad. Existen 2 tipos: el de aluminio y el de talantalo.

Condensador de tantalo

Condensador electroltico2. Describa un como est construido un condensador electroltico y cuales son sus usos.

Condensador electroltico: Poseen 2 tiras de papel de aluminio separadas entre s por una tira de papel impregnado en una solucin de cido brico (electrolito).

En una de las tiras de aluminio, el electrolito forma una capa extremadamente delgada de xido de aluminio.

El papel de aluminio forma uno de los electrodos (terminal positivo). La capa de xido acta como dielctrico y el electrolito, que se encuentra en el papel y a travs de la hoja de aluminio, forma el otro electrodo (terminal negativo).

3. Qu parmetros se debe especificar cuando se desea comprar un condensador?

Entre los parmetros se encuentran la constante dielctrica, la mxima tensin que soportan, y el margen de frecuencias y de temperaturas de utilizacin.Hay 5 tipos de condensadores Condensadores comerciales

Condensador de papel

Condensador de plastico

Condensadores de alto voltajeCondensadores pequeos

CONDENSADOR CERAMICOCondensadores variables.- (de 10 a 500 pF)

Condensadores electrolticos

Condensador de tantalo

4. Se puede hacer la prueba de un condensador con el ohmimetro digital? Cmo?

No se puede por que no se nota el movimiento que se da en la funcin ohmmetro eso se puede ver en el ohmmetro analgico ya que la aguja se va rpidamente al cero Ohms y luego se desplaza lentamente hacia el .

5. En su experimento, qu funcin cumple el resistor de 10 K( colocado en el circuito de carga del condensador

La funcin de esta resistencia al colocarla en el condensador fue que sirvi para hallar la variacin de la corriente durante su carga y descarga y la variacin del voltaje durante su carga y descarga ya que este es muy importante para la obtencin de la correcta medida.

6. Cmo podra hacer para que la carga del condensador de 2200 (F sea ms lenta? O ms rpida?

Todo depende de la resistencia, si la resistencia es menor entonces va a ser ms rpido, porque la cada de voltaje es menor y pasara mas fuerza electromotriz, el voltaje que estar en el condensador ser ms alta y por lo tanto cargar ms rpido.

En cambio cuando la resistencia es alta la carga ser ms lenta ya que se opone ms a en voltaje ejercido.

7. Calcule tericamente el voltaje en su condensador en el instante t = 40 s y comprelo con el valor obtenido en su tabla I.

T=40s

Vc= V(1- e-t/RC)

R*C= 10 * 2,200F = 22

V= 10

Entonces:

Vc = 10[1-e-40/22]

Vc = 10[1- 0.162]

Vc = 10[0.8379]

Vc = 8.379

- concuerda con el resultado de la tabla 8.42

8. 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.

9. Calcule el tiempo de carga del condensador de su circuito y comprelo con el tomado de su experimento.

Tiempo de carga es igual a 5 y = RC

Entonces el tiempo de carga es 5(10k * 2200F)

Es igual a 110seg

En nuestro experimento se carga a los 120 seg, existe un margen de error.

10. En la prctica, le result igual el tiempo de carga al tiempo de descarga? A qu se debe esto?

El tiempo de carga resulto el mismo, esta es una de las caractersticas de los condensadores electrolticos. Ver parte terica.

l) CONCLUSIONES

En el condensador permite mayor cantidad de corriente a travs de l, luego el campo elctrico es ms intenso y ms grande la cantidad de energa almacenada.Respetar las tensiones de los condensadores originales y nunca utilizar capacidades diferentes a las indicadas. Una capacidad superior podra daar el circuito mientras que una inferior podra hacer que el amplificador fuese inestable.

La capacidad C de un condensador se define como la razn de la carga Q de cualquiera de los conductores a la diferencia de potencial V entre ellos.

Un condensador NO TIENE CONTINUIDAD entre sus patas (no estn conectadas fsicamente).

Pasado el tiempo el condensador puede empezar a perder capacidad y a variar de forma sustancial el comportamiento del amplificador. Ruidos, sonido poco definido, distorsiones dispersas, etc., pueden ser sntomas de condensadores electrolticos en mal estado.

m) RECOMENDACIONES

Tener en cuenta que los condensadores electrolticos de un amplificador que no se utiliza se van degradando con el paso del tiempo (se va secando el dielctrico).Tambin tener en cuenta la polaridad del condensador electroltico. Si no est impreso en banda del condensador fijarse en la longitud de sus patas, la ms corta siempre nos indica que es la negativa.n) BIBLIOGRAFIA

http://www.cnice.mecd.es/eos/MaterialesEducativos/mem2003/01/material/componentes/condensador.htm#http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htmhttp://www.studiow3.com/em/applets/carga_y_descarga_de_condensador.html

Ampermetro DC

Fuente

Fuente

Voltmetro DC

10K

Ampermetro DC

10K

Voltmetro Vc DC

10K

C1=2,200F

C2=1,000F

EMBED Excel.Chart.8 \s

_1208540601.xlsGrfico2

6.29

4.04

2.49

1.58

1.04

0.68

0.43

0.31

0.22

0.17

0.16

0.15

tiempo

voltios

Variacion de voltaje en la resistencia

Hoja1

tvcvr

103.716.29

205.964.04

307.512.49

408.421.58

508.961.04

609.320.68

709.570.43

809.690.31

909.780.22

1009.830.17

1109.840.16

1209.850.15

Hoja1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

tiempo

voltios

Variacion de voltaje en la resistencia

Hoja2

Hoja3