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GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TEL...
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práctica Capacitores-y-capacitancia pdf

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Práctica de laboratorio de física capacitores y capacitancia

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práctica Capacitores-y-capacitancia pdf

  1. 1. 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
  2. 2. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 2 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
  3. 3. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 3 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
  4. 4. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 4 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 1 470F 25V Capacitor 2 1000F 25V Capacitor 3 3300F 25V
  5. 5. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 5 DIODO LED 1.2 K 3 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
  6. 6. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 6 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 e R V dt dQ I   , 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 e R V I   . RC t CC e R V ItF  )( . Donde t está en segundos Elemento Valor del Capacitor Tiempo de Encendido LED (s) Capacitor 1 470F 3min 58seg Capacitor 2 1000F 5min 39 seg Capacitor 3 3300F 15min 18 seg Resistencia del Circuito R=1200 + 5000 R 6200 Valor del Capacitor RC C1=470F 2.914 C2=1000f 6.2 C3=3300f 20.46
  7. 7. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 7 CAPACITOR DE 470F CAPACITOR DE 1000F
  8. 8. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 8 CAPACITOR DE 3300F 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 3300F tuvo una duración bastante prolongada con respecto a la de los otros 2 capacitores
  9. 9. GUÍA DE PRÁCTICAS: LABORATORIO DE FÍSICA-ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO FACULTAD DE INGENIERÍA/ INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES 9 Al examinar la ecuación de la curva característica de descarga RC t CC e R V dt dQ I   , 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 .

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