G3 Practica laboratorio

7/26/2019 G3 Practica laboratorio

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GUA DE PRCTICAS: LABORATORIO DE FSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

UNIVERSIDAD DE CUENCA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

LABORATORIO DE FSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO

PRCTICA 4:

CAPACITORES Y CAPACITANCIA

1. Obje!"# Ge$e%&'

a) Defnir la propiedad de capacitancia de un elemento y su comportamientoen un circuito temporizador RC.

(. Obje!"#) E)*e+,+#):

a) Conocer matemticamente las variables que defnen la capacitancia de un

capacitor.b) Conocer la unidad de medicin de capacitancia.c) Reconocer las curvas caractersticas de carga y descarga de un capacitord) Comprobar el uncionamiento de un circuito temporizador

. S/)e$# Te0%!+# I$"e)!2&% e !$+'/!% e$ e' !$3#%e5:

a) Defnicin y ropiedades de un Capacitor

!n capacitor es un dispositivo que almacena energa potencial el"ctrica ycarga el"ctrica. (Ver Fig. 1)

ropiedades#

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$ig. % &structura interna de uncapacitor

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&l capacitor se opone a la tensin productora de corriente. 'a energa almacenada en un capacitor de carga( guarda relacin con el

campo el"ctrico en el espacio entre los conductores. 'a energa potencial el"ctrica almacenada en un capacitor es eactamente

igual a la cantidad de traba*o requerido para cargarlo. &l capacitor est ormado por dos lminas conductoras( separadas por un

aislante o diel"ctrico( de tal orma que pueda estar cargados con el mismovalor( pero con signos contrarios.(Ver Fig. 2 y 3)

b) Defnicin de Capacitancia

&s la razn entre la carga de cada conductor y la dierencia de potencialentre los conductores. 'a capacitancia

c) !nidad de Capacitancia

'a unidad del +, para la capacitancia es el 3&%&8 -% $)( en onor del sicoingl"s del siglo /,/( 0icael $araday. De acuerdo con la ecuacin anterior( unarad es igual a un coulomb por volt -% C12)#

d) +imbologa &lectrnica de un Capacitor

&n cada uno de estos smbolos( las lneas verticales -rectas o curvas)representan los conductores( y las lneas orizontales representan losalambres conectados a uno y otro conductor.

e) Carga de un Capacitor( Circuito RC

'a orma ms cil de cargar un capacitor es conectar los dos alambres deconein del capacitor a las terminales opuestas de una batera. !na vezestablecidas las cargas Q y 3Q en los conductores( se desconecta la batera.&sto da una diferencia de potencial f*aVab entre los conductores( que es

eactamente igual alvolta*e de la batera.


$ig.4 Dos conductores cualesquieraaislados uno del otro orma un

$ig. 5 &structura simplifcada de uncapacitor

(


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!n circuito por e*emplo que tiene un resistor y un capacitor conectados enserie( se llama +!%+/!# R-C.

+e comienza con el capacitar descargado( (Ver Fig.4a)9 despu"s de ciertomomento inicial( t67( se cierra el interruptor( lo que completa el circuito ypermite que la corriente alrededor de la espira comience a cargar el

capacitor. -Ver Fig.4b). ara todos los eectos prcticos( la corrientecomienza en el mismo instante en todas las partes conductoras del circuito(y en todo momento la corriente es la misma en todas ellas.

8 medida que el capacitor se carga( su volta*e Vbc aumenta y la dierenciade potencial Vab a trav"s del resistor disminuye( lo que corresponde a unaba*a de la corriente. 'a suma de estos dos volta*es es constante e igual a .Despu"s de un periodo largo( el capacitor est cargado por completo( lacorriente ba*a a cero y la dierencia de potencial Vab a trav"s del resistor sevuelve cero. &n ese momento aparece la totalidad de la em de la batera atrav"s del capacitor y Vbc 6 .

= Fuerza electromotriz de la batera

q = Carga en el capacitori = Corriente en el circuitoR= resistor

$ig.9 Carga de un capacitor

a) 8ntes de que se cierre el circuito( la carga q es igual a cero.b) Cuando el interruptor se cierra( la corriente pasa de cero a /R.

8 medida que transcurre el tiempo( se acerca a Qf ( y la corriente i seacerca a cero.

C#$)&$e 8e !e*#:&l t"rmino RC recibe el nombre de constante detiempo( o tiempo de rela*acin( del circuito( y se denota por #

=RC

Cuando es peque:a( el capacitor se carga con rapidez; cuando esgrande( el proceso de carga toma ms tiempo. +i la resistencia es peque:a(es cil que


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'a grfca b) est dada por la ecuacin#

$ig.= Corriente i y carga del capacitor q como unciones del tiempo para el circuitode la fgura 9. 8lprincipio( la corriente inicial es 7 y la carga del capacitor vale cero. 'a corriente tiende a cero en orma

asinttica( y la carga del capacitor seaproima en orma asinttica a su valor fnal Q.

) >ipos de Capacitores

CAPACITORES ELCTRICOS DE ALUMINIO

+on populares debido a su ba*o costo y gran capacitancia por unidad de volumen

&isten en el mercado unidades polarizadas y no polarizadas. +on del tipo de o*as

metlicas( con un electrlito que puede ser acuoso( en pasta o ?seco? -sin agua).

'a capacitancia est estrecamente relacionada con la

temperatura y puede decrecer en un orden de magnitud desde

la temperatura ambiente asta 3==@ C. &sta variacin se reduce

en capacitores de primera calidad y en productos recientes con

ormulaciones electrolticas ms complicadas Ao estn

dise:ados para aplicaciones a recuencias elevadas( y la

impedancia puede alcanzar un valor mnimo a recuencias tan ba*as como %7 Bz.

'a corriente de uga disminuye durante la operacin. &n el uso normal( la corriente

de uga aumenta con el volta*e aplicado y con la temperatura. Como gua muy

general( la corriente se duplica a medida que el volta*e aplicado se incrementa del

=7 al %77 del valor nominal( y se duplica por cada 5=@ C de aumento en la

temperatura. resentan un decremento gradual en capacitancia sobre un largo

periodo( debido a la p"rdida de electrlito a trav"s de los sellos.

ara la limpieza se recomienda ileno( alcooles y ciertos tipos de detergentes

eentos de cloro.

CAPACITORES ELCTRICOS DE TANTALIO

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+on ms


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'os capacitores con diel"ctrico de mica y vidrio se aplican cuando se requiere cargael"ctrica alta y ecelente estabilidad con respecto a la temperatura y recuencia.'os capacitores de mica eisten en el mercado con una grandiversidad de tama:os.

>anto los capacitores de mica como los de vidrio sonestables con respecto a la temperatura. 8mbos tipos decapacitores pueden operar a alta recuencia. 'a recuenciade autor resonancia es de unos %7 0z para grandesvalores del capacitor y mayor de %77 0z para valores mspeque:os.

4. M&e%!&'e):

L&b#%%!#:

E)/8!&$e):

a) Hatera de I2 -%)b) Capacitores &lectrolticos#

c) 4477u$15=v -%)( %777u$15=v -%)( u$15=v -%)

d) Diodo 'ed -%)

e) Resistencia de %.5J -%)

) rotoboard

g) 0ultmetro

;. P%#+e8!!e$#:

&5 Reconocer el terminal positivo y negativo del capacitor. Completar la tabla ,( conlos valores marcados para capacidad y volta*e.



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>8H'8 ,. 2alores Caractersticos de un Capacitor

b5 Conectar el terminal positivo del capacitor al terminal positivo de la batera y el

terminal negativo del capacitor al negativo de la batera. Realizar "ste

procedimiento de manera instantnea para cada uno de los capacitores.

8 continuacin emplee el multmetro y mida el volta*e acumulado en cada uno

de los capacitores( complete la tabla ,,. Realice un anlisis acerca del

comportamiento del capacitor como acumulador.

>8H'8 ,,. 2olta*e en el capacitor

&l capacitor constituye un componente neutral que( a dierencia de la batera( se

carga de orma instantnea en cuanto la conectamos a una uente de energa

el"ctrica( pero no la retiene por muco tiempo. +u descarga se produce tambi"n

de orma instantnea cuando se encuentra conectado en un circuito el"ctricoo

electrnico energizado con corriente. !na vez que se encuentra cargado( si "ste

no se emplea de inmediato se auto descarga en unos pocos minutos.

+5 8rmar el circuito de la fgura %( en el protoboard.

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&lemento Capacidad 2olta*e

Capacitor % 4477u$ 5=v

Capacitor 5 %777u$ 5=v

Capacitor 4 9K7 u$ 5=v

&lemento 2olta*e Hatera 2olta*e Capacitor

Capacitor % I.442 L.K2

Capacitor 5 I.442 L.I2

Capacitor 4 I.442 I.7=2
http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_circuito/af_circuito_1.htmhttp://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_circuito/af_circuito_1.htm


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$ig.% Circuito de rueba para un Capacitor

Aota# &mplee como uente de alimentacin la batera de I2.

85 Repetir el proceso de carga -punto 5)( para el capacitor de 4477u$( a

continuacin conecte el capacitor cargado en el circuito como se muestra en la

fgura 5. -2erifcar la polaridad).

$ig.5 Circuito >emporizador RC0edir el intervalo de tiempo en que el Diodo '&D permanece encendido. Repetir elproceso para cada uno de los capacitores. Complete la >abla ,,,.

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&lemento2alor delCapacitor

>iempo de&ncendido '&D

-s)

Capacitor % 4477u$ 5Ks

Capacitor 5 %777u$ Ls

Capacitor 4 9K7 u$ 9s


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>8H'8 ,,,. >iempo de

Descarga del Capacitor

!l circuito de la "gura#$ se denomina

%emporizador$ puesto que permite la circulaci&n de corriente durante un intervalo de tiempo.

e5 'a curva caracterstica de descarga en un capacitor est dada por

RC

t

CC eRV

dtdQI

==

, donde 2cc( es el volta*e de carga del condensador obtenido

en la tabla ,,.

&l valor RC -Resistencia Capacitancia)( determina el tiempo de descarga.

Calcular el valor de RC y completar la >abla ,2. Comparar y realizar un anlisis con

los valores cronometrados en la tabla ,,,. Considere una resistencia aproimada de

=777( para el diodo '&D

>8H'8 ,2. Clculo del tiempo de Descarga

Como se ve en la tabla ,,, y tabla ,2 podemos ver que la descarga del capacitor

vara con el tiempo( al comparar los valores calculados con los valores observados

en la prctica nos dimos cuenta que estos no son tan precisos por lo que

calcularemos su error#

C% error# 59.55 C5 error# 55.= C4 error# 5K.%=

35 Realice un grfco de la curva de descarga para cada capacitor. &mplee la

ecuacin de descarga

RC

t

CC eR

VI

=

.-&mplear los valores de la >abla ,, y >abla ,2)

C&*&+!#% 1: ??/F 6 V@ >.=V / =20.46s


Resistencia delCircuito

R6%577 M =777RG577

2alor del

Capacitor RC=

C%64477u$ 57.9Gs

C56%777u$ G.5s

C469K7 u$ 5.I%9s


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46.206200

7.8

)(

t

etI

=

C&*&+!#% (: 1???/F 6 V@ >.V / =6.2s

26

62009.8)( .

t

etI

=

C&*&+!#% : 4=?/F 6 V@ .?;V/ =2.914s

914.26200

05.9)(

t

etI

=

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Curva de descarga de los dierentes capacitores

=. C#$+'/)!#$e) Ge$e%&'e) e$ 3/$+!0$ 8e '#) #bje!"#)5

&n la prctica realiza identifcamos la propiedad principal de un capacitor es lacapacitancia que no es nada ms que la razn de carga de cada conductor y ladierencia de potencial entre los conductores( esta se mide en aradios -$) quees la relacin entre C#/'#b6V#'.

+e comprob que en un circuito RC conectado a una uente de volta*e( unaresistencia in


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+&RP8Q( Raymond 8( $sica( vol ,,. &dit. 0craN3ill( tercera edicin revisada(%II4

ttp#11NNN.monografas.com1traba*os%51circu1circu.stm

ttp#11fsica=lcbtis4K.blogspot.com1

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