PRÁCTICA 5. Carga y descarga del condensador

Transcripción

1 PRÁCTICA 5 Carga y descarga del condensador Un condensador es un dipolo consiuido por dos armaduras meálicas separadas por un aislane. Eso nos debería inducir a pensar que no puede circular la corriene a su ravés, y así es: la corriene no circula a ravés de un condensador. Sin embargo, en el caso de una corriene variable (creciene, decreciene, cuadrada o alerna) el condensador esaría en un coninuo proceso de carga o de descarga, enrando o saliendo carga de él en odo momeno y comporándose así igual que si circulara la corriene por él. Supongamos el circuio de la figura, donde el conjuno resisencia-condensador esán conecados a una fuene de ensión coninua. Al conecar la fuene, con el condensador inicialmene descargado, se iniciaría un proceso de carga del condensador, cuya d.d.p. vendría caracerizada por la siguiene curva: i() R C 0,63 Cuya expresión maemáica es: V C 1 e Donde = RC es la conane de iempo, se mide en segundos y es un indicaivo de la velocidad del proceso de carga. Si hubiesemos considerado la descarga del condensador a ravés de una resisencia R, la variación de la diferencia de poencial en bornes del condensador seguiría una exponencial decreciene desde su valor inicial,, con el parámero como consane caracerísica del proceso de descarga: Para analizar el proceso de carga o descarga de un condensador inroduciremos una señal cuadrada. V C e 0,37 = RC de esa forma podemos inroducir procesos de carga y descarga sucesivos. Si la frecuencia de la señal es lo suficienemene baja, podremos obener la carga y/o la descarga compleas del condensador y medir en el osciloscopio la consane de iempo del circuio, ano en la carga como en la descarga. 5-1

2 560 Para ello monaremos el circuio de la figura, una resisencia en serie con un condensador y + conecados al generador de funciones acivado + en la modalidad de señal cuadrada. El canal 1 del osciloscopio medirá la ensión del generador CH 1 2,2 F CH y el canal 2 lo colocaremos midiendo la ensión en el condensador. Observa que las bananas negras del generador y los 2 canales del osciloscopio deben de coincidir en el mismo puno. ACTIVIDAD 1: Mona el circuio de la figura, seleccionando la opción de señal cuadrada. La ensión máxima de enrada será de 2 V, la resisencia de 560 y el condensador de 2,2 F. Visualiza ambas señales (ensión de enrada y ensión en bornes del condensador) en el osciloscopio y elige una frecuencia de la señal de enrada en la que puedas abservar que ano en la carga como en la descarga la diferencia de poencial en bornes del condensador (canal 2) alcanza su valor límie. Para poder hacer las mediciones correcas, deberían verse unas señales parecidas a esas en el canal 2: 5-2

3 Curva de carga Curva de descarga Dibuja ambas señales en la gráfica siguiene: Indica claramene en el gráfico las escala uilizadas para cada uno de los ejes. ACTIVIDAD 2: Vamos a medir el valor de la consane de iempo de proceso de carga. Para ello endremos en cuena que la consane de iempo se corresponde con el iempo ranscurrido para que haya sucedido el 63% del proceso de carga o el 37% del proceso de descarga. Así, conocido el valor máximo de la carga o el inicial de la descarga, podemos idenificar en el osciloscopio el puno que se corresponde con el iempo, y enonces conocer su valor en segundos, haciendo uso de la base de iempos. 0,63 0,37 5-3

4 Veamos como obener la consane de iempo en la curva de carga con ayuda del siguiene ejemplo: 6 div 3,78 div Ampliud = 6 divisiones 63 % de la ampliud = 3,78 div Tiempo ranscurrido para que la ensión alcance 3,78 divisiones, 0,6 div = 0,6 div 0,2 ms/div = 0,12 ms Mide las consanes de iempo, indicando claramene en el gráfico, el procedimieno seguido y complea la siguiene abla: Proceso de carga Proceso de descarga Valor máximo (V) Valor máximo (V) 0,63V 0,37V Consane de iempo experimenal (s) Consane de iempo experimenal (s) Consane de iempo eórica = RC Consane de iempo eórica = RC Las medidas de la ampliud pueden hacerse en volios o direcamene en divisiones. Dado que la consane de iempo en nuesro circuio sigue la expresión = RC, y que sabemos como medir resisencia con basane precisión, podremos uilizar ese méodo de medida de la consane de iempo para realizar medidas indirecas de la capacidad de un condensador. ACTIVIDAD 3: Mide el valor de la resisencia con el óhmero y calcula su inceridumbre, al como aprendise en la prácica 2. El valor de la consane de iempo del circuio es el medido en la acividad 2. Haz una esimación de la inceridumbre de. Para ello podemos ener en cuena que en el osciloscopio el error de lecura es basane mayor que el debido a la precisión del aparao. Enonces puedes hacer una esimación del error de lecura comeido en el momeno de leer el valor de y adopar ese valor como la inceridumbre en su medida. (Ese valor podría ser del orden de una subdivisión en el eje de abscisas, pero esa consideración depende de cada medida y de quién realice la lecura) 5-4

5 Complea la siguiene abla: R (Ω) ΔR (Ω) (s) Δ (s) C=/R (µf) ΔC (µf) El que esa medida sea más o menos buena, esá sujea a diversos facores, enre ellos el que la señal de enrada al circuio sea un escalón lo más perfeco posible: es decir, los incremenos, ano posiivos como negaivos, de la ensión deben ser insanáneos. De no serlo, es de espera el enconrar un valor de algo mayor de lo esperado. ACTIVIDAD 4. Compara el valor obenido de la capacidad medida con el señalado en la caja del condensador. Se corresponde con el valor medido? De no corresponderse, a qué puede ser debida la diferencia observada? hp://personales.upv.es/jquiles/pracicasffi/hojaexcel_condensador.xls 5-5