Circuitos de corriente continua – condensadores (página 2)

·        
Explique de manera detallada y razonada, las eventuales
diferencias existentes entre los valores
teóricos y los experimentales. ¿Existe
confiabilidad en los datos
experimentales obtenidos, por qué?

           
Al observar los datos experimentales se aprecia que resultaron
cifras que difieren de los datos teóricos en
milésimas.  Tomando este patrón como
referencia se puede decir que dichos datos experimentales son
confiables ya que experimentan una diferencia mínima con
respecto a los datos obtenidos teóricamente.
También esto indica que los aparatos de medición funcionaban correctamente y que la
toma de datos fue confiable.

·        
Considerando lo calculado en la pregunta anterior, determine:
¿Qué proporción del dinero que Ud.
debería cancelar a la Empresa de
suministro de electricidad por
concepto de
consumo, se
cancela como calor
producido?.

           
Analice el resultado obtenido y emitan sus conclusiones e
implicaciones prácticas.

           
De acuerdo a los resultados obtenidos de la energía
disipada en el proceso, se
puede decir que estos valores son
considerables si lo llevamos a las escalas reales de los procesos
domesticos; más aun sabiendo los altos costos actuales
de la tarifa eléctrica. Hablando en términos de
porcentaje se puede decir que al menos un 8% de la energía
que pagamos no es utilizada, sino disipada.

II Parte (Condensadores)

Objetivo Específico

• Investigar la relación entre el flujo de carga
  eléctrica y el tiempo que
  tarda en cargarse un condensador.

Marco Teorico

           
Un condensador consta de dos conductores con cargas iguales y
opuestas separadas una distancia muy pequeña comparada con
sus dimensiones con una diferencia de potencial "V" entre
ellos.  La capacidad "C" de cualquier condensador se define
como la razón de la magnitud de la carga "Q" en cualquiera
de los conductores y la magnitud de la diferencia de potencial
"V":

           
C = Q/V    (1 Coulomb/1 Voltio) = 1 Faradio

           
Considérese el circuito de la figura 1a y 1b. 
Supóngase que el condensador está inicialmente
descargado.  No existe corriente cuando el interruptor "S"
está abierto (fig. 1a).  Si el interruptor se cierra
t=0, la carga comenzará a fluir produciendo una corriente
en el circuito y el condensador comenzará a cargarse (fig,
1b).

           
Obsérvese que durante el proceso de carga, las cargas no
saltan a través de las placas del condensador ya que el
espacio entre las placas representa un circuito abierto. 
Por el contrario, la carga se transfiere de una placa a otra a
través de la resistencia, el
interruptor y la batería hasta que el condensador
está totalmente cargado.  El valor de la
carga máxima depende de la f.e.m. de la
batería.  Una vez que se alcanza la carga
máxima, la corriente en el circuito es cero.

t < 0

Figura 01.a

t >= 0

Figura 01.b

Materiales a Utilizar:

• Condensadores.
• Resistencias.
• Multímetro.
• Fuente de poder
  DC.
• Cables conectores.
• Cronómetro.

Metodología

·        
Determine con el multímetro la resistencia total de las
configuraciones Nº 1 y Nº2.

Figura 02

·         Monte
el circuito como muestra la figura
2, con la configuración Nº 1.  El
amperímetro, el condensador y la fuente de
poder deben conectarse en el orden adecuado.  La placa
positiva del condensador debe conectarse a la terminal positiva
de la fuente de poder.  Si la conexiones se invierten, el
condensador puede dañarse.  Anote en la tabla Nº
1 el valor de la capacidad del condensador, el voltaje debe ser
de 12 voltios.

Tabla Nº 1

·         Una
vez verificado el circuito de la figura 2 por su instructor,
prenda la fuente DC y comience a tomar lecturas de la intensidad
de la corriente desde el mismo instante de prender la fuente y
luego cada 5 segundos hasta que sea demasiado pequeña para
medirla.  Tome las medidas con la mayor precisión
posible.  Anote sus lecturas en la tabla Nº 2, recuerde
de colocar en la tabla el valor de la resistencia de cada
configuración utilizada.

Tabla Nº 2

• Una vez tomadas todas las medidas apague la fuente de
  poder.  Descargue el condensador.
• Reemplace la configuración Nº 1 por la
  configuración Nº 2.
• Repita los pasos del 1 al 3.
• Una vez tomadas todas las lecturas desmonte el
  circuito.
• Análisis.

1-      ¿Por
qué la corriente se inició en un valor
máximo y descendió hasta cero mientras el
condensador se estaba cargando?

           
Esto se debe a que al comenzar el experimento el condensador
está descargado pero como el es un elemento pasivo, es
decir, un elemento acumulador de energía se fue cargando
progresivamente hasta que su carga interna llegara al
máximo valor lo que trajo como consecuencia que la
corriente sea cero y a medida que fue pasando el tiempo

2-      Analice los datos
obtenidos con ambas resistencias.  Explique, detalladamente, la
función
de la resistencia en el circuito.

Se observa que la resistencia de la configuración
Nº 2 es mayor a la resistencia de la configuración
Nº 1 pero la intensidad de la corriente de la
configuración Nº 2 es menor que la que llega a
circular en la otra configuración.  La función
de la resistencia en el circuito es actuar como elemento pasivo,
es decir, como disipador de energía.

3-       Empleando los datos
de la tabla Nº 2, grafique la intensidad de la corriente
eléctrica en función del tiempo.

           
Ver Anexo N°1 y N°2

4-       ¿Qué
representa el área bajo las curvas elaboradas en el
punto anterior?.

           
El área bajo la curva representa la relación de la
intensidad con respecto al tiempo producido por el tiempo que
tarda el condensador en cargarse.

5- Calcule la capacidad del condensador usado en la
práctica.

           
i(t) = i0 * e (-t/R*C)

           
C = -t / (R * ln (i(t) / i(0))

Configuración Nº 1:     
C
=                
F.

Configuración Nº 2:     
C
=                
F

6-       Compare el valor
calculado con el valor indicado por el fabricante. 
Encuentre el error relativo entre los dos valores.

           
Como se puede apreciar, existe una diferencia entre el valor de
la capacidad del condensador que estipula el fabricante y las
obtenidas en el laboratorio
analíticamente.  Esta diferencia, puede ser atribuida
bien sea al margen de error que da el fabricante o al error de
medición que se presenta en la captura de los datos
necesarios para dicho cálculo.

7-       ¿Qué
pasaría si el circuito se conecta sin la
resistencia?

           
Si no hubiera resistencia (RC=0), la carga aumentaría
inmediatamente a su valor de equilibrio.
Esto se debe a que la resistencia en el circuito implica que la
rapidez de aumento de la carga de un condensador hacia su valor
final de equilibrio se demore en una forma medida por la
constante de tiempo RC.

8-      
¿Cuáles fueron las variables que
se modificaron y cuáles no? Explique.

La variable modificada fue el tiempo el cual
determinaría la relación con respecto a los valores
de las intensidades que varían de acuerdo al tiempo. El
resto de las variables permanecieron constantes: El voltaje, por
ejemplo, permanece constante, lo único que se hizo fue
cambiar el sistema
eléctrico.

BIBLIOGRAFÍA

• SERWAY, Raymond, Física, vol., I,
  McGraw-Hill Interamericana, S.A., México 1,992,

Autor:

Carlos Rangel

Tirmo Ángulo

Asdrúbal Aldana

Oirogerg Martinez

Xavier Sanchez

Jessica Sarmiento

Instituto Universitario Politécnico

"Santiago Mariño"

Extensión: Barcelona

Barcelona, Junio de 2006