República Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia Facultad de Ingeniería Núcleo Maracaibo Departamento de Física Asignatura: Laboratorio de Física.

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1 República Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia Facultad de Ingeniería Núcleo Maracaibo Departamento de Física Asignatura: Laboratorio de Física II Profesora: Yolissa Vega. República Bolivariana de Venezuela La Universidad del Zulia Facultad de Ingeniería Núcleo Maracaibo Departamento de Física Asignatura: Laboratorio de Física II Profesora: Yolissa Vega.

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3  Fuente de Alimentación DC.  Resistencia de carbón.  Cables para conexiones.  Multímetro digital.  Cronómetro.  Condensador electrolítico.  Condensador de capacidad desconocida.  Interruptor doble.

4 Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con signos contrarios. Capacitor Conexión de la carga negativa. Conexión de la carga positiva. Dieléctrico. Placa Metálica. Aluminio. Aislante de plástico.

5 La capacitancia C de un capacitor se define como la relación de la magnitud de la carga en cualquiera de los conductores a la magnitud de la diferencia de potencial entre dichos conductores: C≈ Q/∆V La unidad de capacitancia del SI es el farad (F). Capacitancia

6 Proceso de carga y descarga de un condensador Para el estudio de la carga y descarga de un condensador, se requiere montar un circuito como el mostrado en la figura Nº 1. Se tiene un condensador de capacitancia C que puede cargarse y descargarse mediante un resistor de resistencia R. Primero debe considerarse que el condensador está inicialmente descargado. Cuando el conmutador se coloca en la posición “a”, el condensador se carga hasta que la diferencia de potencial entre sus placas internas sea igual al voltaje de la fuente. Una vez que este adquiere su carga, el interruptor se pasa a la posición “b”, y el condensador se descargará a través de la resistencia R. Los procesos de carga y descarga no son instantáneos; ambos requieren de un tiempo, que depende de los valores de R y C.

7 Figura Nº 1: Montaje para el proceso de carga y descarga de un condensador.

8 Proceso de carga de un condensador Proceso de descarga de un condensador Con el interruptor abierto al paso de la corriente, se tiene que el voltaje del condensador en función del tiempo está representado por la siguiente ecuación: V (t) = Vf (1 – e-t/RC). Donde, “R” es la resistencia conocida, “Vf” es el voltaje de la fuente, y “C” es la capacitancia del condensador. Ahora con el interruptor cerrado al paso de la corriente, se tiene que el voltaje del condensador en función del tiempo está representado por la siguiente ecuación: V(t) = Vf e-t/RC. Donde, “R” es la resistencia conocida, “Vf” es el voltaje de la fuente, y “C” es la capacitancia del condensador.

9 Figura Nº 2: Montaje para la carga del condensador Figura Nº 3: Montaje para la descarga del condensador

10 La constante de tiempo capacitiva (τ) es la medida de cuánto tiempo tarda cargar o descargar un condensador al 63,2 %. Esta medida de tiempo depende tanto de la capacitancia del capacitor como de la resistencia del circuito. La constante de tiempo se calcula de la siguiente manera: τ=RxC Donde “R” es la resistencia y “C” la capacitancia.

11 Proceso de Carga 1.Instale el circuito de la figura 2.Cortocircuite el condensador C para garantizar que esté descargado. R = 12KΩ ± 10% V 0 = 10 V + – C = 3300μF V ● ● ● a b c S Mida “ R ” con el multímetro y anotar el valor de la capacitancia del condensador

12 Proceso de Carga 3.Con el cronómetro en mano, coloque el interruptor en la posición a, y simultáneamente pulse el Start del cronómetro. Mida los tiempos para los voltajes sobre el condensador indicados en la tabla No. 1. 4.Construya las tablas de los valores prácticos para q vs. t, i vs. t, y U vs. t, utilizando los valores de voltaje registrados en la tabla No. 1, y las relaciones dadas en (1), asignándole los mismos tiempos de la referida tabla. 5.Con ayuda de los tiempos registrados en la tabla No. 1, y las relaciones dadas en (2), encuentre los valores de Vc, q, i, y U en cada tiempo y forme las tablas correspondientes a los valores teóricos de las cantidades anteriormente descritas. 1 Vc (V)1.22.23.95.26.37.18.99.59.89.9 t (s) 2

13 Proceso de Carga 6.Grafique en la misma hoja de papel milimetrado la curva correspondiente a Vc vs.t, tanto teórica como práctica. Repita el mismo procedimiento para el resto de las cantidades mencionadas.

14 Proceso de descarga 7.Con el condensador cargado y el cronómetro en cero, coloque el interruptor en la posición b, iniciando el conteo del tiempo simultáneamente. Mida los tiempos, para los voltajes sobre el condensador indicados en la tabla No. 9. 8.Construya las tablas de los valores prácticos para q vs. t, i vs. t, y U vs. t, utilizando los valores de voltaje registrados en la tabla No. 9, y las relaciones dadas en (3) 9.Con ayuda de los tiempos registrados en la tabla No. 9, y las relaciones dadas en (4), encuentre los valores de Vc, q, i, y U en cada tiempo y forme las tablas correspondientes a los valores teóricos de tales cantidades. Vc (V)7.86.14.83.72.61.40.50.30.20.1 t (s) 3 4

15 Proceso de descarga 10.Grafique en la misma hoja de papel milimetrado la curva correspondiente a Vc vs.t, tanto téorica como práctica. Repita el mismo procedimiento para el resto de las cantidades. 11.Grafique en papel semilogarítmico Vc vs. t con los valores de la tabla No. 9 y encuentre la ecuación de Vc vs. t. Compare esta expresión con la dada en la relación (4). Obtenga, además, de la gráfica, el valor experimental de la constante de tiempo , y compárela con el valor teórico dado por  =RC. Determine el porcentaje de error entre ellas. 12.Encuentre a partir de la ecuación Vc vs. t, las ecuaciones para q, i y U en función del tiempo y compárelas con las dadas en (4).

16 Determinación de C empleando en el método de la constante de tiempo. 13.Instale el circuito de la figura utilizando el condensador de capacitancia desconocida. 14.Estando el condensador descargado coloque el interruptor en la posición a, simultáneamente pulse el Start del cronómetro. Mida el tiempo que tarda el condensador en adquirir 6.3 V. Repita el procedimiento 5 veces y determine la constante de tiempo promedio (τp). τ 1 = _________ τ2 = _________ τ3 = _________ τ4 = _________ τ5 = __________ 15.Con el valor de τp obtenido determine el valor de C aplicando τ = RC, es decir, Ce= τp/R. R = Ω ± % V 0 = 10 V + – C = ? V ● ● ● a b c S Mida “R” con el multímetro

17 Determinación de C empleando en el método de la constante de tiempo 16.Determine el error con que se ha medido C empleando la ecuación: Donde: τi : Cada tiempo del paso 2 Er %: Tolerancia de la resistencia __________% Exprese la capacitancia en términos de su valor y de su error, es decir: C=Ce±ΔC.

18 Proceso de carga

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22 Proceso de descarga

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