informe de práctico nº 2

INFORME DE PRÁCTICO Nº 2

Análisis de la carga eléctrica en un sistema

con capacitores

Profesor: Washington Meneses

Alumna: Karen Lucía Martínez

CeRP del norte

Marzo 2014-05-23 Segundo física

INTRODUCCIÓN

Mediante el siguiente experimento se busca verificar la conservación de la carga eléctrica en un sistema aislado, para ello se utilizan dos capacitores de distintas capacitancias, y se provoca un pasaje de corriente eléctrica, de manera relevante es también la utilización de herramientas experimentales, tales como el buen manejo del voltímetro.

OBJETIVO

Análisis de la carga eléctrica y la energía en el proceso de cargado de

un par de condensadores conectados en paralelo (sistema aislado).

MATERIALES

Dos capacitores (1000 uf y 470 uf)

Fuente C.C. (3-12V)

Conductores

Voltímetro

Resistencia

Multilab

PROCEDIMIENTO

1) Armado de dispositivo.2) Carga del capacitor uno.3) Toma de valores de voltaje.4) Descarga del capacitor uno.5) Conexión del segundo capacitor al circuito (en paralelo al primero).6) Carga del capacitor uno.7) Desconexión de la fuente y conexión al capacitor dos. 8) Toma de datos de voltaje.

Tablas realizadas:

Parte 1 del experimento: C ₁ (1000µf) cargado.

t(s) V(V)0 00,4 1,470,8 2,7931,2 3,5771,6 4,0672 4,3612,4 4,5572,8 4,7043,2 4,8023,6 4,8514 4,94,4 4,9494,8 4,998

Parte 2 del experimento: C ₁ (1000µf) cargado y conectado con C ₂ (470 µf)

t(s) V(V)

0 4,998

0,4 2,107

0,8 0,833

1,2 0,343

1,6 0,196

2 0,098

2,4 0,049

Representación del circuito en el proceso de carga y descarga y su representación gráfica. V:f(t)

Pero como lo que nos interesa es la relación entre carga y variación de tiempo se realizaron nuevas tablas.

Ello con base en:

C1=QΔV Entonces

Q1=C1⋅ΔV

Tablas realizadas:

Parte 1 del experimento: C ₁ (1000µf) cargado.

t (s) q (c )0 0,00E+000,4 1,47E-030,8 2,79E-031,2 3,58E-031,6 4,07E-032 4,36E-032,4 4,56E-032,8 4,70E-033,2 4,80E-033,6 4,85E-034 4,90E-034,4 4,95E-034,8 5,00E-03

Parte 2 del experimento: C ₁ (1000µf) cargado y conectado con C ₂ (470 µf)

t (s) q (c )

0 7,35E-03

0,4 3,10E-03

0,8 1,22E-03

1,2 5,04E-04

1,6 2,88E-04

2 1,44E-04

2,4 7,20E-05

Representación gráfica del proceso de carga

En esta gráfica, si trazamos una asíntota al eje ox, con corte en aproximadamente 0.005, y luego tomamos el valor del tiempo para el punto de intersección entre esta asíntota y la tg en el tiempo donde comienza a cargarse el capacitor, obtenemos experimentalmente el tiempo Tau.

Representación gráfica del proceso de descarga

En esta gráfica la recta tangente en color rojo, representa en su corte con el eje o⃗x el tiempo ζ (tau).

Para ambos casos ζ= R·C, y el porcentaje de error no fue relevante.

Fundamento teórico:

Un capacitor es un dispositivo capaz de almacenar carga y energía eléctrica, consiste en dos conductores (llamados placas) cargados con cargas opuestas. Cuando hablamos de la carga que posee o almacena un capacitor, no hacemos referencia a la carga neta, la cual es nula, sino a la carga de cada placa.

Un capacitor se puede cargar fácilmente conectando cada placa a los bornes de una fuente. El proceso de carga continúa hasta que la diferencia de potencial ente las placas del capacitor es igual a la de la fuente.

La cantidad de carga eléctrica que puede almacenar un capacitor es directamente proporcional a la diferencia de potencial entre sus placas: q∝∆V .

Al cociente entre q y ΔV se lo denomina capacitancia del capacitor y depende de la geometría de las placas, de la orientación de una respecto a la otra y del material aislante que haya entre ellas. Es decir, que la capacitancia es una característica propia del capacitor independiente de la diferencia de potencial a la que esté conectado.

Definimos entonces la capacitancia de un capacitor como:

C= q∆V

y su unidad es el faradio (F).

El circuito eléctrico en paralelo es una conexión donde los puertos de entrada de todos los dispositivos (generadores, resistencias, condensadores, etc.) conectados coincidan entre sí, lo mismo que sus terminales de salida.

En función de los dispositivos conectados en paralelo, el valor total o equivalente se obtiene con las siguientes expresiones, para condensadores:

Un circuito RC es un circuito compuesto de resistencias y condensadores alimentados por una fuente eléctrica. Un circuito RC de primer orden está compuesto de un resistor y un condensador y es la forma más simple de un circuito RC.

Tiempo Tau

El tiempo de carga del circuito es proporcional a la magnitud de la resistencia eléctrica R y la capacidad C del condensador. El producto de la resistencia por la capacidad se llama constante de tiempo del circuito y tiene un papel muy importante en el desempeño de este.  .

La constante de tiempo es el tiempo necesario para que un capacitor se cargue a un 63.2 % de la carga total (máximo voltaje) después de que una fuente de corriente directa se haya conectado a un circuito RC.

CONCLUSIONES

Luego de tomados los datos, podemos apreciar que el valor de la carga tanto al cerrar el circuito como al abrirlo, aumenta y disminuye respectivamente de forma exponencial, verificando el comportamiento característico de un circuito RC.

Además logramos representar el tiempo Tau, o sea el tiempo en que cual el capacitor alcanzaría un 63% aproximadamente de la tensión máxima, y entre los valores calculados teórico y experimentalmente existió un margen de error cercano al 4%, lo cual no es muy significativo.

Lo mismo pasó en el proceso de descarga, cuando la fuente de voltaje se retira del circuito RC y ha transcurrido un tiempo T, el voltaje en el capacitor pasó aproximadamente de un 100% hasta un 36.8 % (se ha “perdido” un 63.2% de su valor original).

BIBLIOGRAFÍA

Bonda, Eduardo; Suárez, Álvaro; Vachetta, Marcelo. Electromagnetismo Cuántica y Relatividad. Primera edición. Montevideo 2010, Ediciones el Madrugo.

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