CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR A TRAVES DE UNA RESISTENCIA

INTRODUCCIÓN

En este experimento se realizó la medición de la variación de la carga de un capacitor en un intervalo de 2 segundos cuando se cargaba o descargaba el capacitor, variando el valor de la resistencia o el valor de la capacitancia para lograr distintos resultados.

Se realizó mediciones hasta el punto en que la carga o descarga del capacitor se volvía tan lenta que tardaba mucho en subir o bajar su valor respectivamente.

A lo largo del reporte se explica paso a paso el proceso que se siguió para realizar las mediciones, además mostramos información sobre los elementos utilizados en el experimento tales como: descripción, valor, posición en el circuito, etc.

Se muestran detalladamente haciendo uso de gráficas y tablas la relación entre el potencial eléctrico y el tiempo usando los datos obtenidos en las distintas mediciones realizadas.

RESUMEN DE PRÁCTICA

Un capacitor o condensador, es un dispositivo electrónico utilizado para almacenar carga y energía eléctrica.

La práctica de laboratorio realizada, tiene como finalidad, efectuar un análisis concluyente, a partir de los datos obtenidos al medir el tiempo en que un capacitor adquiere una carga Q, así como también el tiempo que tarda en descargarse.  

Para llevar a cabo la práctica, se utilizó un tablero con un circuito prediseñado, el cual permite realizar las mediciones necesarias para estudiar la relación entre la carga y el tiempo, cambiando los valores de la resistencia a través de la cual se carga el capacitor, así como también los valores de la capacidad de almacenamiento de energía (capacitancia) de dicho capacitor.

A continuación se presenta el tablero que se utilizó durante la práctica.

[pic 1][pic 2]

De acuerdo a lo mencionado anteriormente la práctica consta de dos fases.  La primera fase consistió en cargar el capacitor, midiendo el tiempo, hasta el momento en que llega a tener una diferencia de potencial igual al voltaje de la fuente y  ha obtenido una carga Q. Para lograr esto, en la primera medición se utilizó un una resistencia de 330 kΩ, que fue conectada en R1 y  un capacitor de 10 µf.  Luego, se conectó el tablero a la fuente de poder, y se ajustó el voltaje de esta, a un valor de 5v.  El switch S3 se colocó en la posición 1, de esta manera, el proceso de carga del capacitor se iba a dar a través de la resistencia R1, mientras se estuviera presionando el pulsador S4, el cual, es el que permitiría el paso de la carga hasta el capacitor. Para realizar las lecturas del voltaje en el capacitor se utilizó un Tester. Antes de iniciar la lectura de las variaciones del voltaje con respecto al tiempo, se mantuvo presionado el pulsador  S2 con el fin de que, el valor inicial del voltaje en el capacitor, indicado en el tester,  fuera cero. Para poder llevar el registro del valor del voltaje en el capacitor, se decidió grabar en video las lecturas en el tester a partir del momento en que se dejó de presionar S2, y  se presionó el pulsador S4, lo que permitió el inicio del proceso de carga del capacitor.

Luego, para poder relacionar el valor del voltaje en el capacitor, de acuerdo al tiempo transcurrido, se realizó un registro de las lecturas del voltaje, presentadas cada dos segundos, en el video grabado.

El mismo proceso de carga se realizó con un capacitor de  50 µf, utilizando siempre la resistencia de 330 kΩ en R1. Para el registro de los datos de este capacitor, siempre se consideró un intervalo de dos segundos.  

Después de realizar los registros de los datos necesarios en el proceso de carga en ambos capacitores, se procedió a realizar la segunda fase de la práctica que consistía en el proceso contrario, es decir, de descarga. Para esta fase se colocó el switch S3 en la posición 2, y se conectó una resistencia de 47 kΩ en R2.  Antes de iniciar el proceso de descarga, se mantuvo presionado el pulsador S1, el cual permitía que el capacitor se cargara rápidamente, hasta que la lectura en el tester,  del valor del voltaje en el capacitor, fuera constante y muy cercano al valor del voltaje de la fuente (5v). El proceso de descarga inició en el momento, en que se dejó de presionar  S1 e inmediatamente se presionó S5, lo que permitió la descarga del capacitor a través de la resistencia R2. De igual manera, para poder realizar el registro del valor del voltaje con respecto al tiempo, se grabó un video con las lecturas del tester. Podemos considerar que, para el registro de los datos, en el proceso de descarga, el primer registro seria cuando el tiempo es igual a cero segundos y el valor del voltaje del capacitor es muy cercano a 5v (voltaje de la fuente). Luego para el segundo registro, se tomaría la lectura del tester para el valor del voltaje cuando el tiempo es de 2 segundos, el siguiente seria cuando el tiempo es de 4 segundos, y así sucesivamente hasta que el valor del voltaje llegue a cero.  

RESULTADOS DE LA PRÁCTICA

Para evaluar la carga en los capacitores, se hizo medición del potencial eléctrico (voltaje) del modelo de circuito de la práctica. Para ello, se registraron los valores del voltaje en los momentos en que el capacitor del circuito se cargaba y luego se descargaba.

Carga del capacitor

Se registró el tiempo en el que el capacitor se cargaba en un intervalo de dos segundos. Es evidente que el potencial eléctrico incrementaría en la medida que el capacitor iba cargándose, por tal motivo, y como se ve en los gráficos, la relación entre el voltaje con el tiempo es creciente. En primer lugar, con el tablero para el circuito se probó una resistencia de 330k Ohm, y un capacitor de 10 Farad.

[pic 3]

En cada intervalo de dos segundos el potencial eléctrico no se incrementaba de forma regular: la diferencia entre cada intervalo se hace menor conforme aumenta el tiempo, pero el capacitor sigue cargándose. Si la fuente estaba a 5V, entonces el capacitor tardaría mucho más tiempo en cargarse completamente llegando a esos 5V.

Posteriormente, se cambió el capacitor de 10 Farad por uno de 50, y la resistencia continuó siendo de 330k Ohm. En el mismo intervalo de 30 segundos, el capacitor se cargaba con mayor lentitud. Esto tiene sentido cuando se observa que un capacitor de 50 Farad puede almacenar más energía, entonces se almacena con mayor lentitud. Con una relación siempre creciente, el resultado es 3.57 V cuando el tiempo es 83 segundos (00:01:23), valor desde el cual se terminó de medir. La siguiente gráfica muestra los resultados:

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