Laboratorio N° 4

CARGA Y DESCARGA DE UN CONDENSADOR

INTRODUCCION:

Un aparato muy simple que se usa en electrónica es el condensador, el

cual tiene la propiedad de almacenar carga eléctrica. La magnitud física que

caracteriza a un condensador es su capacitancia C, que representa el cuociente entre

la carga almacenada y el voltaje aplicado.

Junto a otros elementos de un circuito el condensador permite una serie de

usos, por ejemplo, como parte de un rectificador de voltaje, manipular frecuencias

de oscilación, y filtrar frecuencias. La mayoría de los condensadores modernos están

hechos de hojas de aluminio y Mylar, un fino aislador plástico de gran uso en

laboratorio. Estas hojas se enrollan de manera de ocupar la máxima superficie en el

mínimo espacio. El resultado es una pequeña unidad de forma cilíndrica con dos

conectores, que van unidos a cada hoja de aluminio.

En esta sesión de laboratorio usted estudiará el funcionamiento de un

condensador al estar conectado en serie con una resistencia R, es decir un circuito

RC. Aún más, este condensador electrolítico es de gran capacitancia (entre 400 y

600 microFarad). El material dieléctrico que contiene es un ácido llamado

electrolito y se encuentra en estado líquido, el cual impregna un papel que separa

ambas hojas de aluminio. La fabricación de un condensador electrolítico comienza

enrollando las dos láminas de aluminio separadas por el papel que absorbió el

ácido electrolítico, manteniéndose todo el conjunto en una carcasa hermética. Este

tipo de condensadores tiene polaridad y sus salidas positivas y negativas deben ser

adecuadamente conectadas.

OBJETIVOS:

General:

Reconocer por medio de la experimentación un tipo de magnitud física que

depende del tiempo, como es la carga eléctrica acumulada en un condensador,

llegando a establecer esta dependencia en forma matemática.

Específicos:

Poder representar gráficamente en forma adecuada la curva de carga y la

curva de descarga de un condensador.

Ser capaz de determinar el tiempo de relajación de un circuito RC y la

capacitancia C del condensador.

MATERIALES:

1 fuente de poder

1 condensador electrolítico

1 resistencia comercial

1 cronómetro

1 interruptor tipo conmutador

cables para conexión

1 voltímetro (o un multitester)

ACTIVIDADES:

Arme el circuito de la figura, procurando conectar el condensador en los

terminales adecuados. Si tiene dudas, consulte a su profesor o al ayudante. ¿Cómo

espera usted que sea la diferencia de potencial en el condensador y la resistencia al

instante de conectar el circuito? Recuerde que la diferencia de potencial entre las

placas es proporcional a la carga acumulada en el condensador. A medida que

transcurre el tiempo ¿qué espera que ocurra? Para confirmarlo conecte el circuito a

una diferencia de potencial de unos 20 V, conectando el interruptor en A y observe lo

que marca el voltímetro.

Cambie la resistencia usada por otra de otro valor y vuelva a hacer la

observación. Cambie también el valor de la capacitancia del condensador y vuelva a

observar.

Finalmente use valores de resistencia y capacitancia que le permitan, con el

uso del cronómetro, tabular valores de voltaje en función del tiempo. Mientras un

compañero de grupo lee los tiempos en el cronómetro otro anota los voltajes.

Para la carga del condensador arme el circuito conectando la pata móvil C de

conmutador con la pata A. En seguida tabule V vs. t hasta un tiempo razonable que

le permita llegar hasta un valor de voltaje cercano al máximo. Considere que este

último voltaje se alcanza en un tiempo infinito. Organice las mediciones de modo de

tabular valores de voltaje más cercanos cuando la carga se hace más lenta.

Después de terminada carga, comience la descarga conectando la pata móvil

C de conmutador con la pata B. Tabule valores V vs. t hasta llegar a un voltaje

mínimo cercano a cero. Considere que este último valor se alcanza en un tiempo

infinito. Organice las mediciones de modo de tabular valores de voltaje más

cercanos cuando la descarga se hace más lenta.

Repita tres veces tanto la tabulación de la carga como la tabulación de la

descarga del condensador. Mantenga los mismos valores de voltaje usados en la

primera tabulación. Esto le permitirá determinar las incertidumbres en el tiempo

usando las desviaciones estándar de los tiempos obtenidos para los determinados

valores de voltaje.

Construya un gráfico V vs. t que le permita obtener una relación entre las

variables usadas. En este gráfico las incertidumbres en el tiempo aparecen como

barritas horizontales. ¿Qué relación obtiene? Si usa papel semi-log para graficar la

descarga obtendrá como resultado una línea recta. ¿Por qué? ¿Qué representa la

pendiente? ¿Qué representa la intersección de la curva con el eje de las ordenadas?

¿Cómo esperaría que se modifiquen sus gráficos al usar una resistencia

distinta? ¿Y al usar una capacitancia distinta? Inténtelo.

AUTOEVALUACIÓN:

¿Cómo cambiaría la curva de descarga al haber partido con un voltaje inicial

más bajo?

¿Cómo cambiarían las curvas de carga y descarga al haber usado intervalos

de tiempo mayores para las mediciones?

¿Por qué se usan valores altos de capacitancia para los condensadores en este

laboratorio?

Comente las fuentes de error para este laboratorio.

¿Cómo es el comportamiento de carga y descarga al iniciarse ésta y al

finalizar?

Fig. 2. Esquema del circuito usado en este laboratorio.

NOTA:

Traer papel milimetrado (3 hojas)