practica 4 de Electricidad y Magnetismo, Ejercicios de Electromagnetismo

¡Descarga practica 4 de Electricidad y Magnetismo y más Ejercicios en PDF de Electromagnetismo solo en Docsity! No. De página 1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BÁSICA ACADEMIA DE FÍSICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO Practica No. 7 “CIRCUITOS RC” Profesor: J. Israel Guzmán Castañeda Grupo: 1IM24 Sección: B Equipo: 3 Integrantes: *Ramírez Paz Bárbara *Ramírez Pérez Ximena *Reyes Chávez Fernanda Joseline *Reyna Hernández Ixchel Berenice Fecha de entrega: 13 de Abril del 2022 No. De página 2 I. OBJETIVO GENERAL: Analizar el proceso de carga y descarga de un capacitor electrolítico en un circuito RC, observando y midiendo las variaciones de voltaje entre sus terminales a diferentes intervalos de tiempo, con el fin de que el alumno reconozca la importancia de las aplicaciones de los capacitores en diversas situaciones reales. Objetivo (Competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en situaciones reales. II. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Analizar la función de la resistencia eléctrica en un circuito RC durante la carga y descarga de un capacitor electrolítico 2. Verificar que en un capacitor la energía almacenada se manifiesta como una diferencia de potencial entre sus terminales, a partir de medir el voltaje entre las mismas a 5 constantes de tiempo de carga y descarga del capacitor. 3. Graficar y analizar el proceso de carga y descarga de un capacitor electrolítico en un circuito RC para identificar sus aplicaciones. Metas de aprendizaje Capacitancia Material dieléctrico Constante dieléctrica Capacitores fijos y variables Capacitores en serie y paralelo Circuito RC Carga y descarga de un capacitor No. De página 5 Estos capacitores pueden tener capacitancias muy altas a un precio razonablemente bajo. Tienen el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo. Son polarizados y hay que tener cuidado a hora de conectarlos pues pueden estallar si se conectan con la polaridad invertida. Se utilizan principalmente en fuentes de alimentación Super capacitores: Son dispositivos electroquimicos capaces de sustentar una densidad de energia inusualmente alta en comparación con los condensadores normales, presentando una capacidad miles de veces mayor que la de los condensadores electroliticos de alta capacidad. Mientras que un tipico condensador electrolitico D-Cell tiene una capacidad de decenas de mili Faradios (mF), la de un EDLC del mismo tamaño será de varios faradios, o sea alrededor de dos o tres órdenes de magnitud mayor, pero generalmente con una menor tensión de trabajo. Circuitos RC: Los circuitos RC son circuitos que están compuestos por una resistencia y un condensador. Se caracteriza por que la corriente puede variar con el tiempo. Cuando el tiempo es igual a cero, el condensador está descargado, en el momento que empieza a correr el tiempo, el condensador comienza a cargarse ya que hay una corriente en el circuito. Debido al espacio entre las placas del condensador, en el circuito no circula corriente, es por eso que se utiliza una resistencia. No. De página 6 Cuando el condensador se carga completamente, la corriente en el circuito es igual acero. Carga y descarga de un circuito RC: Carga: Consideramos el circuito, en el que supondremos que el condensador está inicialmente descargado. Si cerramos el interruptor se observará un paso de corriente y empezará a cargarse el condensador, de forma que, una vez alcanzada la carga máxima, la corriente en el circuito es cero. Descarga: El condensador esta inicialmente cargado. Al cerrar el interruptor el condensador comienza a descargarse a través de la resistencia. Diagrama de bloques Experiencia 1 No. De página 7 Experiencia 2 Desarrollo Experimental Cálculos previos: Experiencia 1. Carga del capacitor. Datos: R = 10000 Ω C = 1000 μ F E max = 10 V t (s) = 0, 10, 20, 30, 40 y 50 Formula= T= RC V= E max (1-e- t/RC) No. De página 10 Tabla 2. Datos teóricos y experimentales del voltaje de descarga del capacitor Formula a realizar para los porcentajes de error: %𝐸 = ( 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 )(100) Simplificando= %𝐸 = ( 0 − 0 0 ) (100) = 0% %𝐸 = ( 3.67 − 3.55 3.67 ) (100) = 3.26% %𝐸 = ( 1.35 − 1.35 1.35 ) (100) = 0% %𝐸 = ( 0.49 − 0.49 0.49 ) (100) = 0% %𝐸 = ( 0.18 − 0.20 0.18 ) (100) = 11.11% %𝐸 = ( 0.06 − 0.08 0.06 ) (100) = 33.33% Descarga del capacitor t, (s) 𝑉𝑡𝑒𝑜 (V) 𝑉𝑒𝑥𝑝 (V) %E 0 0 0 0% 10 3.67 3.55 3.26% 20 1.35 1.35 0% 30 0.49 0.49 0% 40 0.18 0.20 11.11% 50 0.06 0.08 33.33% No. De página 11 0 2 4 6 8 10 12 0 10 20 30 40 50 V o lt aj e (V ) tiempo (s) Experimento 1 Carga del capacitor V teorica V experimental 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 10 20 30 40 50 V o lt aj e (V ) tiempo (s) Experimento 2 Descarga del capacitor V teorica V experimental Graficas de V vs t de los datos teóricos de carga y descarga del capacitor t, (s) V teórica V experimental 0 0 0 10 6.32 6.48 20 8.64 8.77 30 9.5 9.58 40 9.81 9.86 50 9.93 9.98 t, (s) V teorica V experimental 0 0 0 10 3.67 3.55 20 1.35 1.35 30 0.49 0.49 40 0.18 0.2 50 0.06 0.08 No. De página 12 Cuestionario Instrucciones: Subraya completamente la respuesta correcta 1. EI faradio es la unidad de medida de: a) capacitancia b) inductancia c) impedancia d) reactancia 2. EI dispositivo eléctrico que almacena energía por medio de un campo electrostático es: a) la toma de corriente b) la pila c) la fuente de poder d) el capacitor 3. Los factores que determinan la capacitancia de un capacitor son: a) el área de las placas, la distancia entre estas y el voltaje b) el área de las placas, la distancia entre estas y el dieléctrico c) el área de las placas, la distancia entre estas y la corriente d) el área de las placas, la distancia entre estas, el dieléctrico y el voltaje 4. La función de la resistencia en un circuito RC es: a) aumentar la constante capacitiva de tiempo (t) b) disminuir la constante capacitiva de tiempo (t) c) no tiene ninguna función d) proteger el capacitor del voltaje 5. El porcentaje que el capacitor se carga o descarga cada constante de tiempo es: a) 53.2% de la carga total b) 62.3% de la carga total c) 36.8% de la carga total d) 63.2% de la carga total No. De página 15 La fuente de CD debe ser calibrada con ayuda del multimetro en función del votimetro antes de utilizarse y después debe apagarse Al armar nuestro circuito RC se debe verificar que la terminal negativa del capacitor queda conectada a la terminal negativa de la fuerte y lo mismo se hace con las terminales positivas Dentro de esta práctica se realizó una investigación para tener en cuenta el uso adecuado del multimetro y la fuente de energia, ya que, al hacer los voltajes de carga y descarga, si no se tiene un buen manejo podemos ocasionar un corto circuito. Se debe verificar que el multimetro esté en su función Volmetro y debe estar en paralelo con el capacitor, este debe permanecer fijo en todo el proceso de carga y descarga del capacitor . Para la experiencia 2 de esta práctica, se debe apagar la fuente de energia y desconectar las terminales positivas y negativas para que el capacitor quede totalmente descargado En esta práctica las cargas y descargas del capacitor se realizaban en cuestión de segundos, pero al poner otro capacitor la carga o descarga se realizaba más lento Conclusiones: Ramírez Paz Bárbara: En esta práctica fueron aplicados varios conceptos que tienen que ver con los ciecutos RC en generat Se puede concluir que los objetivos de la práctica se cumplieron ya que a partir del experimento realizado, se tuvo la noción de cómo se lleva a cabo la descarga y descargar de un capacitor dentro de un circuito donde los elementos involucrados son la resistencia y la capacitancia. Se estudió que es y cómo es que funciona un capacitador, en este caso electrolitico. En cuanto a los resultados obtenidos y dentro del experimento se puede decir que variaron mucho con los obtenidos de manera teórica, puesto que los porcentajes de error obtenidos al final excedieron del 10% Se puede decir que esto se debió a dos posibles razones puede ser que, al momento de realizar el experimento, o bien, tanto et cronometro como la fuente de poder no fueron activados al mismo tiempo a porque al estar midiendo el tiempo no se avisaba en el momento justo en que pasaba cada 10 segundo hasta que se legara a los 50 Sin embargo, el experimento fue realizado de la mejor manera posible y se obtuvieron los valores qu se requerian para finalmente hacer el análisis de resultados En cuanto a las graficas, al observar en la linea teórica y experimental tanto de la carga como de la descarga, se nota el cambio, pero las experimentales no dejaron de comportarse como curvas. No. De página 16 Observaciones: Reyes Chávez Fernanda Joseline: En ambas tablas se observa una pequeña variación del voltaje experimenta y teórico donde la variación en ambas tablas es poco solo por algunas décimas. El tiempo en ambas tablas se observa que es el mismo tanto para la descarga como para la descarga del capacitor. Las gráficas teóricas y experimentales de la carga del capacitor no son líneas se comportan más bien como una función exponencial debido a la curvatura que se forma al graficas el voltaje respecto al tiempo. Las gráficas teóricas y experimentales de la descarga del capacitor no son lineas se comportan más bien como una función logarítmica debido a la curvatura que se forma al graficas el voltaje respecto al tiempo. Conclusiones: Reyes Chávez Fernanda Joseline: Se observó en el video se irán cargando paulatinamente cada una de signo contrario lo que generara un campo electrostático entre ellas. Conclusiones En esta práctica con base a los experimentos realizados de manera virtual y los datos obtenidos durante la experimentación de la práctica 7.“Circuito RC” se puede concluir que un circuito RC necesita de dos objetos principales en el circuito; los cuales son una resistencia (s) y capacitor (es), estos a medida que avanza el tiempo en la carga del capacitor; este acumula energia , por lo que se puede concluir que a medida que avanza el tiempo el voltaje en el capacitor se mantiene en incremento hasta llegar a ser constante. 2.En la descarga ocurre lo mismo, pero forma contraria; a medida que avanza el tiempo el capacitor pierde parte de su energía acumulada ser cero, provocado por el corto al momento de realizar la experimentación. Observaciones: Ramírez Pérez Ximena: El tiempo que tarda encargas o descargar el capacitor es el mismo, puesto que la constante de tiempo RC es la misma en ambos, tener cuidado al momento de colocar el capacitor con los polos correspondientes y saber manejar el multimetro además de un buen trabajo de equipo. 3.En los circuitos que contienen capacitores, la corriente siempre está en la misma dirección, pero puede variar en el tiempo, se le llama al circuito RC a un circuito que contiene una combinación de materiales distintos al de un circuito normal No. De página 17 Conclusiones: Ramírez Pérez Ximena: De acuerdo con la formula vista la capacitancia de un capacitor es directamente proporcional al área de las placas dentro del e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Las placas al no ser cargadas con ningún tipo de energía se dices que se encuentran “eléctricamente neutras” mientras estas no reciban energía. Referencias: Juan Carlos G (2022)¿CÓMO FUNCIONA LA CARGA Y DESCARGA EN UN CAPACITOR?.Capacitores.Net https://capacitores.net/carga-y-descarga-en-un-capacitor/ (2020) Carga y descarga de un condensador. Electromagnetismo http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htm#:~:text =Inicialmente%20el%20condensador%20est%C3%A1%20descargado,corrient e%20cesa%20en%20el%20circuito. (2021) Carga y descarga de descondensadores. ESCUELA DE INGENIERIA AERONAUTICA Y DEL ESPACIO http://plasmalab.aero.upm.es/~practicasfisica/LabFisicaII- Files/Informes/Guiones/CargaDescarga.pdf