Circuito rc en cc
- 1. Circuito RC en CC J. Santos, Y. Vargas, H. Rodríguez, E. Martínez. Juan Francisco Peña Facultad de Ciencias Agrícolas – Universidad de Córdoba – Ingeniería Agronómica. RESUMEN Con el presente informe, se pretende conocer e interpretar el comportamiento del Circuito RC en CC, en donde se va a considerar un circuito en el que las corrientes pueden variar con el tiempo, el cual consta de una resistencia y un condensador y es comúnmente denominado circuito RC. OBJETIVOS Estudiar las curvas de tensión y corriente en la carga y la descarga de un condensador. Hallar los tiempos de carga y descarga para los condensadores utilizados. TEORIA RELACIONADA Circuitos RC CORRIENTE CONTINÚA Y ALTERNA Sabemos que los fenómenos eléctricos eran conocidos desde antes de Cristo. Sin embargo, no fue sino hacia el 1800 que este tipo de fenómenos comenzó a tener una real aplicación en la vida cotidiana de las personas. Tal vez, el hito que dio inicio al rápido progreso de la electricidad fue la invención de la pila eléctrica, realizada por Volta. Esta pila generaba una corriente eléctrica continua entre dos placas metálicas (una de cinc y la otra de cobre) sumergidas en ácido sulfúrico. La importancia de esta pila fue que por primera vez se disponía de una fuente constante de electricidad para experimentar, aunque con la limitación de no poder generar voltajes elevados y de depender del reactor químico. Posteriormente, el descubrimiento del efecto Oersted, y las experiencias de Henry y Lenz, mostraron la posibilidad de convertir energía mecánica (movimiento) en corriente eléctrica. Se empezaba a vislumbrar la posibilidad de sacar la electricidad del laboratorio para instalarla en la industria a través de la implementación de generadores. A diferencia de la pila de Volta, que producía corriente continua (no varía su sentido), el generador producía corriente alterna (cambia su sentido secuencialmente). La gran ventaja de la corriente alterna para el desarrollo tecnológico consiste en que es posible trasladarla a grandes distancias, ya que se pueden conseguir voltajes elevados y corrientes pequeñas que disipen poca energía eléctrica. De esta forma fue posible llevar la corriente eléctrica desde las plantas generadoras a las ciudades y pueblos y al interior de cada hogar, industria, empresa, etc. La red domiciliaria que llega hasta tu casa corresponde a corriente alterna cuyo sentido se invierte 50 veces por segundo, es decir, su frecuencia es de 50 hertz (Hz). Muchos de los artefactos que usamos diariamente funcionan con corriente continua (televisores, computadoras,
- 2. radios, etc.) por lo que es necesario rectificar la corriente que entrega la empresa generadora. Esto se hace generalmente de manera interna en los aparatos mediante un rectificador de media onda, que consiste en un diodo que permite el paso de la corriente solamente en un sentido. Otros aparatos más simples como calentadores y ampolletas funcionan directamente con corriente alterna. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA (C.C.) Los circuitos de corriente continua son alimentados con baterías que entregan una f.e.m. (fuerza electromotriz o Diferencia de potencial) constante. En un circuito formado solo por resistores, la intensidad de corriente en un elemento no varía; si el circuito está formado además por capacitores, la intensidad de corriente cambia en el tiempo. CIRCUITO RC Es un circuito eléctrico simple de corriente continua formado por un resistor de resistencia R y un capacitor de capacidad C, inicialmente descargado, al que se han conectado un amperímetro y un voltímetro. Al cerrar el interruptor, el capacitor se carga. El producto RC =τ se denomina constante de tiempo del circuito y representa el tiempo en que la carga del capacitor alcanza un 63% de su máximo posible. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO Parte 1 1. Se midió y anotamos el valor real de las resistencias a utilizar antes de iniciar. 2. Montamos el experimento tal como se muestra en la Fig. 1. El interruptor estaba en la posición apagado y el conmutador se pulso a la posición 1. Seleccionamos, en el voltímetro, el rango de medición de 20 V-. 3. Encendimos la fuente de alimentación y fijamos la tensión directa a 10 V. Figura 1. Circuito con Condensador 4. Cargamos el circuito accionando el interruptor a la posición encendido y observamos los medidores. Anotamos las observaciones. 5. Descargamos el circuito pulsando el conmutador a la posición 2. Observamos los medidores una vez más y anotamos las observaciones. 6. Cortocircuitamos el condensador por unos 20 segundos usando un cable de conexión de 25 cm. Retiramos el cortocircuito cuando la tensión del condensador sea UC = 0 V.
- 3. Parte 2 7. Pulsamos el conmutador a la posición 1, iniciando en 0 V, medimos la tensión de carga del condensador UC en intervalos de 10 segundos, durante 2 minutos. Anotamos las medidas en una Tabla similar a la tabla 1. 8. Pulsamos el conmutador a la posición 2 y tomamos las medidas de la tensión de descarga del condensador UC en intervalos de 10 segundos y registramos los valores. 9. Seleccionamos en el amperímetro la escala de 200 A y lo colocamos en la posición indicada. Medimos la corriente de carga y descarga del condensador siguiendo el procedimiento establecido en 7 y 8. 10. Interrumpimos la carga del circuito colocando el interruptor en la posición abierta. Nota: La toma de medidas requiere una gran concentración y, probablemente, un poco de práctica. Si falla la primera serie de medidas, cortocircuite brevemente el condensador y repita las mediciones. Parte 3 11. Usando el mismo circuito con una resistencia de 47 kΩ primero y con una de 10 kΩ después, medimos el tiempo que le toma al condensador llegar a UC = 6 V. Registramos el tiempo en la Tabla 2. 12. Repetimos el punto anterior usando un condensador de 47 μF y apagamos la fuente de alimentación. Nota: Descargamos los condensadores. RESULTADOS t(s) 10 20 30 40 50 60 Uc(V) (carga) 3.25 5.35 6.05 7.79 8.41 8.85 Uc(V) (descarga) 6.60 4.54 3.05 2.11 1.97 1.01 Ic (μA) (carga) 0.14 0.09 0.06 0.04 0.03 0.02 Ic (μA) (descarga) 0.13 0.09 0.06 0.04 0.03 0.02 Tabla 1 R(kΩ) C(μF) t(s) 47 470 24 47 47 2 10 47 1 10 470 5 Tabla 2 ANALISIS Y CONCLUSIONES Del siguiente laboratorio, se puede analizar y concluir que a medida que el voltaje de la fuente va aumentando, también lo hace el potencial que presenta el condensador, y la corriente que transcurre en el circuito también lo va a aumentar. Al cerrar el circuito la corriente disminuye, mientras que el voltaje va aumentando a medida que se ve cargando el condensado. Al abrir el circuito 1 y cerrar el 2, el condensador empieza a descargarse, Disminuye la corriente y el voltaje.
- 4. CONCLUSION Estudiamos las curvas de tensión y corriente en la carga y la descarga de un condensador. Hallamos los tiempos de carga y descarga para los condensadores utilizados. CUESTIONARIO 1. Explique cualitativamente las observaciones realizadas en 1 y 2. En las observaciones realizadas en 1 y 2 ,el comportamiento es proporcional. Al cerrar el circuito de la posición 1 la corriente disminuye mientras que el voltaje va aumentando a medida que se va cargando el condensador. Al abrir el circuito 1 y cerrar el 2 el condensador empieza a descargarse, disminuyendo la corriente el voltaje; y esto se debe a que el condensador es un dispositivo que almacena energía y por ende puede cargarse y descargarse. 2. Usando los datos de carga y descarga de la Tabla 1, haga una grafica de Uc vs t. Uc Vs t(s) 0 2 4 6 8 10 0 20 40 60 80 t (s) Uc Uc (Carga) Uc (Descarga) 3. ¿Que tipo de gráfica se obtiene? Correlacione con sus observaciones. La relación es directamente proporcional, cuando el condensador se esta cargando, ya que a medida que pasa el tiempo aumenta el potencial del condensador, y cuando se descarga la relación va a ser inversamente proporcional, ya que a medida que aumenta el tiempo, disminuye el potencial. 4. Explique los resultados que obtuvo en la tabla 2. El tiempo que se obtuvo en el primer experimento fue mayor que en los demás debido a que la resistencia y el condensador tienen valores nominales grandes, lo que hace que el condensador llegue a los 6V en periodo de tiempo mas largo, a diferencia de los siguientes experimentos, que como se observa en el segundo, el valor del condensador es mas pequeño lo que hace que se cargue en un periodo de tiempo muy corto, como se observa en el experimento siguiente el tiempo en el que se carga el condensador hasta llegar a los 6V es inmediato, debido a que la resistencia es mucho menor a la anterior y permite el paso de la corriente con menor resistencia a través del circuito, y en el ultimo se observa que el tiempo es un poco mayor, debido a que el valor del condensador aumentó, aunque el valor de la resistencia siga siendo la misma. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Halliday, D. Resnick R. Krane, K. Física Tomo 2. Editorial CECSA Serway, R. Física Volúmenes 2. Editorial. McGraw Hill. Tipler, P. Física Volumen 2. Editorial. Reverté.