Características Carga Y Descarga De Un Circuito R-C

CARACTERÍSTICAS CARGA Y DESCARGA DE UN CIRCUITO R-C

FUNDAMENTO TEÓRICO

En el presente laboratorio se debe de tener en cuenta dos puntos básicos y de suma importancia en el análisis de condensadores, para ello definiremos los conceptos de Carga y Descarga de un condensador.

FASE DE CARGA

Teniendo el circuito mostrado (Fig 1) , una vez que se cierra el interruptor, los electrones son atraídos desde la placa superior y depositados en la placa inferior mediante la fuente, produciéndose así una carga neta positiva en la placa superior y una carga negativa en la placa inferior. En un comienzo esta transferencia de electrones es muy rápida y se va volviendo lenta conforme el voltaje a través del condensador se acerca al voltaje de la batería, una vez que el voltaje a través del condensador es igual al voltaje de la fuente se detiene esta transferencia de electrones y las placas tendrán una carga neta determinada mediante la ecuación Q = CxVC = CxE.

Fig 1

Analizando estas variaciones de corriente con el transcurrir del tiempo podemos obtener la gráfica que se presentan a continuación siendo el t = 0s el instante en que se cierra el interruptor y donde se puede observar que la corriente toma un valor limitado sólo por la resistencia de la red y luego va disminuyendo hasta alcanzar una corriente igual a cero instante en que se cargan las placas. La rápida disminución de la corriente es sinónimo que también disminuye la cantidad de carga depositada en las placas por unidad de tiempo.

IC durante la fase de carga

Así mismo la variación de voltaje con el tiempo nos puede arrojar una gráfica que presentamos a continuación. Como el voltaje a través de las placas se relaciona en forma directa con la carga en las placas, VC = q/C, se puede observar que inicialmente una carga en las placas producirá un rápido incremento en VC; así conforme disminuya la velocidad del flujo de corriente disminuirá la velocidad de cambio en el voltaje. Llegará el momento en que se detendrá el flujo de corriente (I = 0A) y el voltaje pasará a ser constante.

VC durante la fase de carga

Entonces el circuito original se puede representar de las siguientes maneras una cuando se cierra el interruptor (t = 0 s) y el condensador se representa como un corto circuito, y la otra manera cuando ha terminado la fase de carga y el condensador se representa como un circuito abierto.



Haciendo uso del Cálculo se obtienen las siguientes ecuaciones matemáticas:

donde:

- el factor RC se denomina la constante de tiempo del sistema, su símbolo es la griega  y su unidad de medida es el segundo.

 = RC

- e-X , es una función exponencial con e = 2.71828 y X = t/RC.

FASE DE DESCARGA

Cuando el interruptor del circuito original se coloca en la posición 2 el condensador empezará a descargarse con una velocidad determinada por el factor  = RC. El voltaje a través del condensador creará un flujo de carga en la trayectoria cerrada que descargará por completo el condensador. Se puede observar que la corriente IC tiene una dirección invertida, lo cual cambia la polaridad del voltaje a través de R.

Comprobación del desempeño de descarga de una red capacitiva

La curva resultante tendrá la misma forma que la curva para IC y durante la fase de descarga la corriente IC también disminuirá con el tiempo.

Así de la misma manera se pueden obtener las ecuaciones de descarga tanto del voltaje como de la corriente a través del condensador.

CICLOS DE CARGA Y DESCARGA PARA EL CIRCUITO INICIAL

OBJETIVOS

Verificar los aspectos teóricos ya ampliamente estudiados, los mismos que nos servirían en el análisis y la posterior interpretación de los resultados obtenidos.

Conocer de manera física un circuito R-C, para posteriormente darle la respectiva aplicación, con las respectivas variantes en sistemas mas complejos.

Interpretar las herramientas matemáticas ( ecuaciones diferenciales ) usadas para el presente laboratorio, así como de verificar la veracidad de las formulas que se dedujeron, para el análisis elementos almacenadotes de energía eléctrica.

EQUIPOS Y MATERIALES

1 Fuente de tensión continua de40 voltios (dentro de un panel) .

1 voltímetro de 0 a 20V CC.

1 multímetro de buena sensibilidad (puede solicitarse un voltímetro digital par mejorar la exactitud de las medidas).

1 Micro amperímetro de 1500 uA CC.

1 Panel de circuito R - C R =50 K y C=2200 uF).

1 Cronometro.

Conductores de conexión

Micro amperímetro y Multímetro, con sus respectivos accesorios, ambos pertenecientes a la empresa TEKTRONIX

Cables y pinzas de conexión, útiles en la

unión de los diversos elementos eléctricos,

en el ensamble de los diferentes sistemas analizados

PROCEDIMIENTO

a) Armar el circuito de la figura adjunta

b) Energizar el circuito ,regulando el voltaje hasta obtener 15 V en el voltímetro teniendo cuidado de que los interruptores unipolares estén abiertos.

c) Calcular previamente en forma aproximada ,el valor de la constante de tiempo y de la corriente máxima que circula ,para efectos de usar una escala adecuada de cada instrumento.

d) Proceder a cerrar el interruptor S1 ,manteniendo S2 abierto ,tomando los valores de la tensión del condensador Vc, la corriente en el microamperio y el tiempo ,cada 20 segundos ,tomando un juego de 20 valores como mínimo

e) Luego, abrir el interruptor S1 ,teniendo mucho cuidado con la polaridad del voltímetro y del Micro amperímetro. En este caso para tomar los datos de las características de descarga del condensador es necesario cambiar la polaridad

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