práctica Capacitores-y-capacitancia pdf
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GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 1 FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO PRÁCTICA 4: CAPACITORES Y CAPACITANCIA FECHA DE ENTREGA: 1. Objetivo General Definir la propiedad de capacitancia de un elemento y su comportamiento en un circuito temporizador RC. 2. Objetivos Específicos: a) Conocer matemáticamente las variables que definen la capacitancia de un capacitor. b) Conocer la unidad de medición de capacitancia. c) Reconocer las curvas características de carga y descarga de un capacitor d) Comprobar el funcionamiento de un circuito temporizador 3. Sustento Teórico: a) Definición y Propiedades de un Capacitor Un capacitor es un elemento pasivo que almacena energía en forma de campo eléctrico adquiriendo asa carga eléctrica. El capacitor está formado por dos laminas conductoras separadas por un aislante de tal manera que puedan estar cargados con el mismo valor de carga una propiedad importante es que se oponen al cambio repentino de energía en forma de diferencia de potencial por lo cual se dice que almacena voltaje un determinado tiempo b) Definición de Capacitancia La capacitancia es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda variación de la tensión en el circuito eléctrico, o también se define como propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores aislados uno del otro c) Unidad de Capacitancia La unidad de medida de capacitancia es el Faraday (F) en honor al físico químico inglés Michael Faraday los valores empleados en distintos proyectos y prácticas son menores al valor de la unidad por tantos siempre se los expresa en microfaradios, nano faradios y picofaradios
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GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 1
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
PRÁCTICA 4:
CAPACITORES Y CAPACITANCIA
FECHA DE ENTREGA:
1. Objetivo General
Definir la propiedad de capacitancia de un elemento y su comportamiento en
un circuito temporizador RC.
2. Objetivos Específicos:
a) Conocer matemáticamente las variables que definen la capacitancia de un
capacitor.
b) Conocer la unidad de medición de capacitancia.
c) Reconocer las curvas características de carga y descarga de un capacitor
d) Comprobar el funcionamiento de un circuito temporizador
3. Sustento Teórico:
a) Definición y Propiedades de un Capacitor
Un capacitor es un elemento pasivo que almacena energía en forma de
campo eléctrico adquiriendo asa carga eléctrica. El capacitor está formado
por dos laminas conductoras separadas por un aislante de tal manera que
puedan estar cargados con el mismo valor de carga una propiedad
importante es que se oponen al cambio repentino de energía en forma de
diferencia de potencial por lo cual se dice que almacena voltaje un
determinado tiempo
b) Definición de Capacitancia
La capacitancia es la propiedad de un capacitor de oponerse a toda
variación de la tensión en el circuito eléctrico, o también se define como
propiedad de almacenar carga eléctrica entre dos conductores aislados uno
del otro
c) Unidad de Capacitancia
La unidad de medida de capacitancia es el Faraday (F) en honor al físico
químico inglés Michael Faraday los valores empleados en distintos proyectos y
prácticas son menores al valor de la unidad por tantos siempre se los expresa
en microfaradios, nano faradios y picofaradios
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d) Simbología Electrónica de un Capacitor
Aquí algunos tipos simbología de capacitores y condensadores
Condensador / capacitor No polarizado
Símbolo genérico
Condensador / capacitor
Condensador / capacitor
Condensador / capacitor
Condensador de armadura
Condensador con caracterización de la capa exterior
Condensador pasante
Condensador con resistencia en serie
Condensador con toma de corriente
Condensador de alimentación
Condensador electrolítico no polarizado
Con polaridad
Condensador polarizado
Condensador polarizado
Condensador polarizado
Condensador electrolítico Positivo lado superior
Condensador electrolítico
Condensador electrolítico múltiple
Condensador sensible a la
tensión
Condensador sensible a la
temperatura
(UNAME)
e) Carga de un Capacitor, Circuito RC
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Un circuito RC es un circuito conformado por resistencias y capacitores
alimentados por una fuente eléctrica el sistema de carga reaccionara de
distinta manera de acuerdo a las excitaciones entrantes es decir la corriente
entrara al condensador hasta que entre las placas ya no puedan almacenar
más carga por estar en equilibrio electroestático es decir tener la misma
tención por lo tanto el tiempo de carga del circuito es proporcional a la
resistencia eléctrica y a la capacidad del condensador T=RC
f) Tipos de Capacitores
Podemos distinguir los siguientes tipos
Cerámicos
Plásticos
De mica
Electrolíticos
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Capacitores variables
Rferencias :(Raymond, 1992), (David, 1996), (Searz, 1998)
4. Materiales:
a) Batería de 9V (1)
b) Capacitores Electrolíticos:
c) 3300uF/25v (1), 1000uF/25v (1), 470 uF/25v (1)
d) Diodo Led (1)
e)
f) Protoboard
g) Multímetro
5. Procedimiento:
a) Reconocer el terminal positivo y negativo del capacitor. Completar la tabla I, con
los valores marcados para capacidad y voltaje.
TABLA I. Valores Característicos de un Capacitor
b) Conectar el terminal positivo del capacitor al terminal positivo de la batería y el
terminal negativo del capacitor al negativo de la batería. Realizar éste
procedimiento de manera instantánea para cada uno de los capacitores.
A continuación emplee el multímetro y mida el voltaje acumulado en cada uno de
los capacitores, complete la tabla II. Realice un análisis acerca del
comportamiento del capacitor como acumulador.
Elemento Capacidad Voltaje
Capacitor 1 470F 25V
Capacitor 2 1000F 25V
Capacitor 3 3300F 25V
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DIODO LED
1.2 K3 3 0 0 u F
TABLA II. Voltaje en el capacitor
c) Armar el
circuito de la figura 1, en el protoboard.
DIODO LED
1.2 K
Fig.1 Circuito de Prueba para un Capacitor
Nota: Emplee como fuente de alimentación la batería de 9V.
d) Repetir el proceso de carga (punto 2), para el capacitor de 3300uF, a
continuación conecte el capacitor cargado en el circuito como se muestra en la
figura 2. (Verificar la polaridad)
Fig.2 Circuito Temporizador RC
Medir el intervalo de tiempo en que el Diodo LED permanece encendido. Repetir el
proceso para cada uno de los capacitores. Complete la Tabla III.
Elemento Voltaje Batería Voltaje Capacitor
Capacitor 1 8.66V 8.37V
Capacitor 2 8.66V 8.36V
Capacitor 3 8.66V 8.33 V
Anodo Cátodo
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TABLA III. Tiempo de Descarga del Capacitor
El circuito de la figura 2, se denomina Temporizador, puesto que permite la circulación de
corriente durante un intervalo de tiempo.
e) La curva característica de descarga en un capacitor está dada por
RC
t
CC eR
V
dt
dQI
, donde Vcc, es el voltaje de carga del condensador obtenido
en la tabla II.
El valor RC (Resistencia x Capacitancia), determina el tiempo de descarga.
Calcular el valor de RC y completar la Tabla IV. Comparar y realizar un análisis con los
valores cronometrados en la tabla III. Considere una resistencia aproximada de
5000, para el diodo LED
TABLA IV. Cálculo del tiempo de Descarga
f) Realice un gráfico de la curva de descarga para cada capacitor. Emplee la
ecuación de descarga RC
t
CC eR
VI
.
RC
t
CC eR
VItF
)( . Donde t está en segundos
Elemento Valor del
Capacitor
Tiempo de
Encendido LED (s)
Capacitor 1 470F 3min 58seg
Capacitor 2 1000F 5min 39 seg
Capacitor 3 3300F 15min 18 seg
Resistencia del
Circuito
R=1200 + 5000
R 6200
Valor del
Capacitor RC
C1=470F 2.914
C2=1000f 6.2
C3=3300f 20.46
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CAPACITOR DE 470F
CAPACITOR DE 1000F
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CAPACITOR DE 3300F
6. Análisis de Resultados
Al conectar el capacitor a la fuente de 8.66 V el capacitor queda cargado de igual
voltaje de la fuente pero mientras más pasa el tiempo su carga disminuye es por eso
que todos nos dieron una diferencia 0.2 V, pero cabe aclarar que mientras más
capacitancia el tiempo de carga cera mayor así lo demuestra la tabla II
El correcto empleo del LED así como conocer cada uno de sus componentes nos
ayuda a futuras prácticas evitar inconvenientes como en este caso en el montaje de
un circuito temporizador.
La que pudimos apreciar que la capacidad de guardar carga es directamente
proporcional a su capacitancia claro vale aclarar que todos los capacitores se cargan
total mente con 8.66 pero los que pueden mantener esta carga por más tiempo son
los que poseen mayor capacitancia es lo que pudimos apreciar en la tabla III que el
capacitor de 3300F tuvo una duración bastante prolongada con respecto a la de los
otros 2 capacitores
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Al examinar la ecuación de la curva característica de descarga RC
t
CC eR
V
dt
dQI
,
donde Vcc, es el voltaje de carga del condensador obtenido en la tabla II.
Apreciamos que el valor de RC el valor de tiempo de descarga por lo que en nuestras
tomas físicas llegamos a la misma conclusión que mientras más sea la capacitancia
mayor será el tiempo de descarga cabe aclarar que el tiempo medido con
cronometro no es exacto ya que no se contaba con el equipo apropiado para
asegurar que el LED estaba completamente apagado pero si tuvimos aproximación
bastante clara como lo pudimos apreciar en las gráficas de la curva característica
que mientras mayor era la capacitancia mayor era los intervalos de tiempo en que la
pendiente disminuye
7. Conclusiones Generales (en función de los objetivos)
La propiedad fundamental del capacitor es almacenar carga eléctrica mientras
mayor sea su capacitancia mayor tiempo le tomara cargarse
Mientras más capacitancia posea el capacitor mayor será el tiempo que podrá
mantener una carga o dicho de otra manera a más capacitancia mayor tiempo
de duración de la carga
La unidad de mediad es el Faradio pero como cuya unidad es muy grande para la
práctica esta unidad se expresó en microfaradios que equivale a 1x10-6 F
Las curvas características de carga y descarga están directamente relacionados
con la capacitancia mientras mayor era la capacitancia mayor era el intervalo de
tiempo en el que aumentaba la pendiente para el caso de descarga. Es por eso
que la gráfica del capacitor de 3300 F sus tiempos son mucho mayores a la de los
demás capacitores pero al final todos tienden a su valor de carga 0V mientras el
tiempo avanza.
Bibliografía David, H. (1996). Física vol II. Mexico: Continental.
Raymond, S. (1992). Física tomo II. Mexico: Mc Graw Hill.
Searz, Z. (1998). Fisica Universitaria Vol II. Mexico: Addison Wesley .
UNAME. (s.f.). Simbologia Electronica . Educacion para todos .
