Carga y descarga de condensadores

Carga y descarga de condensadores y piezas y materiales experimentales

Para realizar este experimento, necesitará lo siguiente:

• batería de 6 voltios
• Dos condensadores electrolíticos grandes, 1000 µF como mínimo (catálogo de Radio Shack n. ° 272-1019, 272-1032 o equivalente)
• Dos resistencias de 1 kΩ
• Un interruptor de palanca, SPST ("Unipolar, Un solo tiro")

Se requieren capacitores de gran valor para que este experimento produzca constantes de tiempo lo suficientemente lentas como para rastrearlas con un voltímetro y un cronómetro.

Tenga en cuenta que la mayoría de los condensadores grandes son del tipo "electrolítico" y son sensibles a la polaridad ! Un terminal de cada capacitor debe estar marcado con un signo de polaridad definido.

Por lo general, condensadores del tamaño especificado para tener una marca negativa (-) o una serie de marcas negativas apuntando hacia el terminal negativo.

Los condensadores muy grandes suelen estar etiquetados con polaridad mediante una marca positiva (+) junto a un terminal.

Si no se presta atención a la polaridad adecuada, es casi seguro que el condensador falle, incluso con un voltaje de fuente tan bajo como 6 voltios.

Cuando los condensadores electrolíticos fallan, normalmente explotan , escupiendo productos químicos cáusticos y emitiendo malos olores. ¡Intente evitar esto!

Recomiendo un interruptor de luz doméstico para el "interruptor de palanca SPST" especificado en la lista de piezas.

REFERENCIAS CRUZADAS

• Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 13:"Condensadores"
• Lecciones de circuitos eléctricos , Volumen 1, capítulo 16:"Constantes de tiempo RC y L / R"

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

En este experimento, nuestro objetivo es aprender los siguientes conceptos:

• Acción de carga del condensador
• Acción de descarga del condensador
• Cálculo de la constante de tiempo
• Capacitancia en serie y en paralelo

Diagrama esquemático del circuito de carga y descarga

Ilustración del experimento

Instrucciones de experimento

Medición de voltaje de su circuito

Construya el circuito de "carga" y mida el voltaje a través del capacitor cuando el interruptor esté cerrado.

Observe cómo aumenta lentamente con el tiempo, en lugar de hacerlo repentinamente, como sería el caso de una resistencia.

Puede "restablecer" el condensador de nuevo a un voltaje de cero haciendo un cortocircuito entre sus terminales con un trozo de cable.

La "constante de tiempo" (τ) de un circuito resistor-capacitor se calcula tomando la resistencia del circuito y multiplicándola por la capacitancia del circuito.

Para una resistencia de 1 kΩ y un capacitor de 1000 µF, la constante de tiempo debe ser de 1 segundo. Esta es la cantidad de tiempo que tarda el voltaje del capacitor en aumentar aproximadamente un 63,2% desde su valor actual hasta su valor final:el voltaje de la batería.

Es educativo graficar el voltaje de un capacitor de carga a lo largo del tiempo en una hoja de papel cuadriculado, para ver cómo se desarrolla la curva exponencial inversa.

Sin embargo, para trazar la acción de este circuito, debemos encontrar una manera de ralentizarlo. ¡Una constante de tiempo de un segundo no proporciona mucho tiempo para tomar lecturas del voltímetro!

Cambio de la constante de tiempo de un circuito

Podemos aumentar la constante de tiempo de este circuito de dos formas diferentes:

• Cambiar la resistencia total del circuito y / o
• Cambiar la capacitancia total del circuito.

Con un par de resistencias idénticas y un par de condensadores idénticos, experimente con varias combinaciones en serie y en paralelo para obtener la acción de carga más lenta.

A estas alturas ya debería saber cómo se deben conectar múltiples resistencias para formar una mayor resistencia total, pero ¿qué pasa con los capacitores?

Este circuito le mostrará cómo cambia la capacitancia con las conexiones de capacitores en serie y en paralelo.

Solo asegúrese de insertar el (los) condensador (es) en la dirección correcta:¡con los extremos etiquetados como negativos (-) eléctricamente "más cercanos" al terminal negativo de la batería!

El circuito de descarga proporciona el mismo tipo de voltaje cambiante del capacitor, excepto que esta vez el voltaje salta al voltaje total de la batería cuando el interruptor se cierra y cae lentamente cuando se abre el interruptor.

Experimente una vez más con diferentes combinaciones de resistencias y condensadores, asegurándose como siempre de que la polaridad del condensador sea la correcta.

Simulación por computadora

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (haga un archivo de texto que contenga el siguiente texto, literalmente):

 Circuito de carga del condensador v1 1 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u ic =0 .tran 0.1 5 uic .plot tran v (2,0) .end 

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de cálculos de constantes de tiempo
• Hoja de trabajo de capacitores