INTRODUCCIN

DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN

Procedimiento experimental

Enumerar las figuras y diagramas ..

6. usando los elementos R1 y C1 de la caja de condensadores, establecer el arreglo experimental de la siguiente figura.

19. Apague el osciloscopio y el generador por un momento y trate de resolver con lpiz y papel el siguiente problema:

completar

FUNDAMENTO TERICO

Aqu sobre carga descarga de condensadores

CONDENSADOR

Bsicamente un condensador es un dispositivo capaz de almacenar energa en forma de campo elctrico. Est formado por dos armaduras metlicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dielctrico.Tiene una serie de caractersticas tales como capacidad, tensin de trabajo, tolerancia y polaridad.En la versin ms sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separacin, en cuyo caso se dice que el dielctrico es el aire.

Capacidad: Podemos definir una magnitud llamada capacitancia o capacidad, como la relacin entre la carga almacenada (Q) y la tensin a la que se encuentra (V). Escribimos entonces: C = Q / VSe mide en Faradios (F), aunque esta unidad resulta tan grande que se suelen utilizar varios de los submltiplos, tales como microfaradios (F=10-6 F),nanofaradios (nF=10-9 F) y picofaradios (pF=10-12 F).

Tensin de trabajo: Es la tensin nominal que puede soportar un condensador, si se supera dicha tensin, el condensador puede perforarse (quedar cortocircuitado) y/o explotar. En este sentido hay que tener cuidado al elegir un condensador, de forma que nunca trabaje a una tensin superior a la mxima permisible.

Tolerancia: Se refiere al error mximo que puede existir entre la capacidad real del condensador y la capacidad indicada sobre su cuerpo.

Polaridad: Los condensadores electrolticos y en general los de capacidad superior a 1 F tienen polaridad, esto es, que se les debe aplicar la tensin prestando atencin a sus terminales positivo y negativo. Al contrario que los inferiores a 1F, a los que se puede aplicar tensin en cualquier sentido, los que tienen polaridad pueden explotar en caso de ser sta la incorrecta.

Smbolos usados para representar a un capacitor

TIPOS DE CAPACITORESA) Capacitores fijosEstos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su valor no se puede modificar. Sus caractersticas dependen principalmente del tipo de dielctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se corresponden con los nombres del dielctrico usado. De esta forma podemos distinguir los siguientes tipos: Cermicos. Plstico. Mica. Electrolticos. De doble capa elctrica. Capacitores cermicosEl dielctrico utilizado por estos capacitores es la cermica, siendo el material ms utilizado el dixido de titanio. Este material confiere al capacitor grandes inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no est prcticamente definido y adems de presentar caractersticas no lineales, su capacidad vara considerablemente con la temperatura, la tensin y el tiempo de funcionamiento. Las altas constantes dielctricas caractersticas de las cermicas permiten amplias posibilidades de diseo mecnico y elctrico.Las especificaciones de estos Capacitores son aproximadamente las siguientes: Capacitancias en la gama de 0,5 pF hasta 470 nF Tensin de trabajo desde 3 V. a 15 Volts o ms. Tolerancia entre 1% y 5%. Relativamente chicos en relacin a la Capacitancia. Amplia banda de tensiones de trabajo. Son adecuados para trabajar en circuitos de alta frecuencia. Banda de tolerancia buena para aplicaciones que exigen precisin.

Capacitores cermicosCapacitores de plstico

Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y elevadas temperaturas de funcionamiento.Segn el proceso de fabricacin podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK, que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y metal vaporizado en el segundo).

Segn el dielctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales: KS: styroflex, constituidos por lminas de metal y poliestireno como dielctrico. KP: formados por lminas de metal y dielctrico de polipropileno. MKP: dielctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado. MKY: dielctrico de polipropileno de gran calidad y lminas de metal vaporizado. MKT: lminas de metal vaporizado y dielctrico de teraftalato de polietileno (polister). MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el dielctrico.

A nivel orientativo estas pueden ser las caractersticas tpicas de los capacitores de plstico: TIPOCAPACIDADTOLERANCIATENSIONTEMPERATURA

KS2pF-330nF+/-0,5% +/-5%25V-630V-55C-70C

KP2pF-100nF+/-1% +/-5%63V-630V-55C-85C

MKP1,5nF-4700nF+/-5% +/-20%0,25KV-40KV-40C-85C

MKY100nF-1000nF+/-1% +/-5%0,25KV-40KV-55C-85C

MKT680pF-0,01mF+/-5% +/-20%25V-630V-55C-100C

MKC1nF-1000nF+/-5% +/-20%25V-630V-55C-100C

Capacitores de micaEl dielctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio y potasio y se caracterizan por bajas prdidas, ancho rango de frecuencias y alta estabilidad con la temperatura y el tiempo.

Capacitores electrolticosEn estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra est constituida por un conductor inico o electrolito. Presentan unos altos valores capacitivos en relacin al tamao y en la mayora de los casos son polarizados.

Podemos distinguir dos tipos: Electrolticos de aluminio: la armadura metlica es de aluminio y el electrolito de tetraborato armnico. Electrolticos de tntalo: el dielctrico est constituido por xido de tntalo y nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para un mismo tamao. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son menores que los de aluminio y su costo es algo ms elevado.Las principales caractersticas de los capacitores electrolticos son: Capacitancia en la gama de 1uF a 220.000 uF. Tensiones de trabajo entre 2 y 1000 V. Tolerancia entre 20% y +50%, generalmente. La corriente de fuga es relativamente alta o sea que la aislamiento no es excelente. Son polarizados, debemos poner especial atencin en la identificacin de la polaridad. Las formas ms usuales de indicacin por parte de los fabricantes son las siguientes:

La capacidad aumenta a medida que el capacitor envejece. Tienen una duracin limitada. La Capacitancia vara ligeramente con la tensin. Los capacitores electrolticos no se usan en circuitos de alta frecuencia, se usan en circuitos de baja frecuencia, uso general y corriente continua.

Capacitores de doble capa elctrica

Estos capacitores tambin se conocen como supercapacitores o CAEV debido a la gran capacidad que tienen por unidad de volumen. Se diferencian de los capacitores convencionales en que no usan dielctrico por lo que son muy delgados. Las caractersticas elctricas ms significativas desde el punto de su aplicacin como fuente acumulada de energa son: altos valores capacitivos para reducidos tamaos, corriente de fugas muy baja, alta resistencia serie, y pequeos valores de tensin.B) CAPACITORES VARIABLES Y AJUSTABLESEstos capacitores presentan una capacidad que podemos variar entre ciertos lmites. Igual que pasa con las resistencias podemos distinguir entre capacitores variables, su aplicacin conlleva la variacin con cierta frecuencia (por ejemplo sintonizadores); y capacitores ajustables o trimmers, que normalmente son ajustados una sola vez (aplicaciones de reparacin y puesta a punto).La variacin de la capacidad se lleva a cabo mediante el desplazamiento mecnico entre las placas enfrentadas. La relacin con que varan su capacidad respecto al ngulo de rotacin viene determinada por la forma constructiva de las placas enfrentadas, obedeciendo a distintas leyes de variacin, entre las que destacan la lineal, logartmica y cuadrtica corregida. Grficas C vs % Rotacin

Capacitor Ajustable: Trimmer Capacitor Variable: Tandem*Ambos Capacitores poseen dielctrico de aire. IDENTIFICACIN DE CAPACITORESVamos a disponer de un cdigo de colores, cuya lectura vara segn el tipo de condensador, y un cdigo de marcas, particularizado en los mismos. Primero determinaremos el tipo de condensador (fijo o variable) y el tipo concreto dentro de estos.Las principales caractersticas que vamos a encontrar en los capacitores van a ser la capacidad nominal, tolerancia, tensin y coeficiente de temperatura, aunque dependiendo de cada tipo traern unas caractersticas u otras.En cuanto a las letras para la tolerancia y la correspondencia nmero-color del cdigo de colores, son lo mismo que para resistencias. Debemos destacar que la fuente ms fiable a la hora de la identificacin son las caractersticas que nos proporciona el fabricante. a) Cdigo de colores de condensadoresEsta forma de codificacin es muy similar a la empleada en las resistencias, en este caso sabiendo que el valor queda expresado en picofaradios (pF). Las bandas de color son como se observa en esta figura:

En el condensador de la izquierda vemos los siguientes datos: verde-azul-naranja = 56000 pF = 56 nF. El color negro indica una tolerancia del 20%, tal como veremos en la tabla de abajo y el color rojo indica una tensin mxima de trabajo de 250v. En el de la derecha vemos: amarillo-violeta-rojo = 4700 pF = 4.7 nF. En los de este tipo no suele aparecer informacin acerca de la tensin ni la tolerancia.

b) Codificacin de condensadores mediante letrasEste es otro sistema de inscripcin del valor de los condensadores sobre su cuerpo. En lugar de pintar unas bandas de color se recurre tambin a la escritura de diferentes cdigos mediante letras impresas.A veces aparece impresa en los condensadores la letra "K" a continuacin de las letras; en este caso no se traduce por "kilo", o sea, 1000 sino que significa cermico si se halla en un condensador de tubo o disco.Si el componente es un condensador de dielctrico plstico (en forma de paraleleppedo), "K" significa tolerancia del 10% sobre el valor de la capacidad, en tanto que "M" corresponde a tolerancia del 20% y "J", tolerancia del 5%.

Detrs de estas letras figura la tensin de trabajo y delante de las mismas el valor de la capacidad indicado con cifras. Para expresar este valor se puede recurrir a la colocacin de un punto entre las cifras (con valor cero), refirindose en este caso a la unidad microfaradio (F) o bien al empleo del prefijo "n" (nanofaradio = 1000 pF). Ejemplo: un condensador marcado con 0,047 J 630 tiene un valor de 47000 pF = 47 nF, tolerancia del 5% sobre dicho valor y tensin mxima de trabajo de 630 v. Tambin se podra haber marcado de las siguientes maneras: 4,7n J 630, o 4n7 J 630.Codificacin "101" de los Condensadoresc) Cdigo 101 utilizado en los condensadores cermicos

Como alternativa al cdigo de colores. De acuerdo con este sistema se imprimen 3 cifras, dos de ellas son las significativas y la ltima de ellas indica el nmero de ceros que se deben aadir a las precedentes. El resultado debe expresarse siempre en picofaradios pF . As, 561 significa 560 pF, 564 significa 560000 pF = 560 nF, y en el ejemplo de la figura de la derecha, 403 significa 40000 pF = 40 nF.

MEDICIN DE LA CAPACITANCIA

Para la medicin de la capacitancia se utiliza un capacitmetro que generalmente viene incluido en un multmetro. La medicin se realiza con el condensador previamente descargado, seleccionado el rango del capacitometro de acuerdo a la magnitud de la capacidad del condensador (aunque hay instrumentos autorango*).

*Autorango: Tipo de instrumento en el cual no es necesario hacer la manipulacin de las escalas de medicin ya que el instrumento lo hace internamente.

Imagen de la medicin de capacitancia en un condensador

CALCULOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES1._ Cuadro de resultados de procedimiento del esquema N( aqu el numero del esquema).R(ohmios)F(Hz)Terico(ms) experimental (ms)error%Cobtenido(F)C nominal()error C%

100002530.0980.12.040.010000.009831.73

100002530.2930.32.390.030000.02932.39

100002530.39130.42.220.040000.039132.22

68002530.066840.074.730.010290.009834.72

68002530.199240.20.380.029410.02930.38

68002530.26720.298.530.042650.039138.99

33002530.032430.0357.920.010610.009837.89

33002530.096690.13.420.030300.02933.42

33002530.129120.130.680.039390.039130.67

MEDICIONES EN LA CURVA DE DESCARGA

Terico(ms)

(ms)

(ms)

0.0980.10.12

0.2930.30.3

0.39130.40.38

0.066840.070.07

0.199240.20.22

0.26720.290.27

0.032430.0350.03

0.096690.10.1

0.129120.130.12

2._Podria usar una frecuencia de 100kHz en lugar de 250 para hallar el tiempo =RC de los circuitos RC que usted ha analizado en este experimento? Por qu?No se puede usar una frecuencia de 100kHz porque esta no permitira encontrar el y mucho menos la carga completa del condensador. Para verificar ello realizaremos los siguientes clculos:Cuando se usa la frecuencia de 250 Hz; el periodo resulta ser de 4 ms; y como se grada en el osciloscopio para que cada periodo encaje en 8 cuadriculas de este; cada cuadricula representa un 0.5 ms de tiempo y el valor de es de aproximadamente 0.11 ms; valor que es posible de calcularen el osciloscopio y que se encuentra en el tiempo antes de que se cambie el circuito de las posicin (1) al (2); en cambio cuando se usa una frecuencia de 100kHz, el periodo es 0.01ms y como est dividido en 8 cuadriculas, cada cuadricula mide 0.00125 ms; lo que dificulta la medicin; pues en la mitad del periodo trascurrido, el condensador no carga al 100%; y peor an; ni siquiera se logra obtener en las grficas el valor del tau.

3._ Antes de responder a las preguntas del paso 20 ,21 del procedimiento experimental, se detalla el clculo matemtico del fenmeno fsico en las siguientes lneas.Carga de condensador

Figura xxxDel diagrama se tiene: I1 = I2 + i ...(1) V I1 = I2.R2 = Q/C I1= ( V-Q/C)/R1 (2) I2= Q/CR2 ...(3) Sabemos que i=dQ/dt, reemplazando en (1) (V-Q/C)/R1 = Q/CR2 + dQ/dtOrdenando e integrando:

coulumb

Reemplazando Q en (1) y (2): A

A

Tambin ; A

volts

Descarga de condensador

Figura xxxDel diagrama :I1.R1 = I2.R2 = Q/C (4) ...(5) Despejando I1 e I2 y reemplazando en (5) y ordenando:

Donde =VCR2/(R1+R2) es la mxima carga (Coulumb) obtenida en el proceso de carga del condensador.Adems ya que i= dQ/dt se tiene:

** dq>>>0>>>>

I1 (mA)10.5950.40470

I2 (mA)00.5950.5950

i (mA)100.10

Vc (volt)04.0474.0470

Q(nC)039.78839.7880

CUADRO COMPARATIVO TEORICO- EXPERIMENTAL PARA I1

TericoExperimentalError %

ProcesoCargaDescargaCargaDescargaCargaDescarga

Imax (mA)10.404710.404700

Imin (mA)0.59500.4966016.530

Observaciones:Tanto el tiempo que transcurre entre Imax a 0.37 Imax y Vo(Vmax) a 0.37 Vo en la curva de descarga del esquema N 1, son muy prximos al valor de tau ) para cada caso respectivamente.La grafica de la curva I1 vs t del esquema N es una exponencial con una asntota horizontal desplazada en el eje y.

Recomendaciones:Hay que asegurarse de no conectar el capacitor entre dos puntos del circuito cuya tensin supere la mxima que soporta el capacitor.Realizar el experimento con instrumentos de medicin con fechas de calibracin vigentes.Antes de realizar el experimento asegurarse del correcto estado mecnico y elctrico de los instrumentos y dispositivos.Realizar el experimento con tau ) relativamente alto, esto es que el producto entre la resistencia y condensador sea mayor a 1segundo, para poder controlar con un cronometro preciso.Tener cuidado al manipular los condensadores, se podra sufrir una descarga elctrica.

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