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Informe Circuito RC con Osciloscopio

Luisa Mariana Palomino Hoyos 20141180031

Marian Daniela Matallana Bernal 20141180043

Javier Felipe Robayo González 20141180002

Mario Ricardo Rosales Ortiz 20141180033

Grupo 541

Electromagnetismo

Héctor Escucha

Universidad Distrital Francisco José De Caldas

Facultad De Medio Ambiente Y Recursos Naturales

Ingeniería Ambiental

Bogotá, D.C

2015

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Introducción

En esta práctica se buscó describir el proceso de carga y descarga de un condensador, tomando como base un circuito RC con un generador de ondas con señal cuadrada como fuente de tensión; Hoy en día el condensador es un elemento de circuito de gran importancia y de múltiples aplicaciones en los dispositivos eléctricos y electrónicos, puesto que tiene propiedades bastante interesantes como permitir un almacenamiento de carga entre las placas de ´este, permitiendo que en esta práctica en particular, cuando la señal cuadrada tenıa una amplitud fija, el condensador se encontrara en el proceso de absorción y almacenamiento de cargas que proporcionaba la fuente, mientras que cuando la señal se anulaba, el condensador empezaba a proporcionar corriente al circuito liberando las cargas que tenía almacenadas, de tal manera que el circuito RC se encontrara siempre consumiendo potencia en la resistencia, con variaciones considerables dependiendo del tiempo; describir estas consideraciones por medio de un osciloscopio para visualizar la variación de la tensión entre las dos placas del condensador fue el propósito de la práctica.

Objetivos

- Observar la carga y descarga de un condensador junto con la respuesta transitoria generada por un circuito RC.

- Describir el comportamiento de la carga a través de un circuito RC.- Trabajar periódicamente con señales eléctricas que cambian periódicamente

con el tiempo así como con los instrumentos que permiten generarlas (osciloscopio, generador de señales).

- Encontrar experimentalmente el valor del tao para el circuito.

Marco teórico

Se llama circuito RC a la combinación en serie de un capacitor y un resistor. Dicho circuito puede representar cualquier conexión de resistores y capacitores cuyo equivalente sea un solo resistor en serie con un solo capacitor. En este sistema el voltaje y la intensidad de corriente se pueden calcular por medio de:

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Los circuitos que se usan para cargar y descargar un condensador a través de una resistencia. Con cualquiera de estos circuitos se puede medir experimentalmente el tiempo característico J = RC, utilizando un voltímetro y un reloj común, siempre y cuando RC sea mayor que unas pocas decenas de segundos. Para RC más pequeños, se necesita un instrumento con el que se puedan medir intervalos de tiempo menores que 0,1 s. Tal instrumento puede ser un osciloscopio que es un instrumento que permite visualizar fenómenos transitorios así como formas de ondas en circuitos eléctricos y electrónicos. Un osciloscopio puede medir un gran número de fenómenos, provisto del transductor adecuado (un elemento que convierte una magnitud física en señal eléctrica) será capaz de darnos el valor de una presión, ritmo cardiaco, potencia de sonido, nivel de vibraciones en un coche, etc. Efectivamente, en la pantalla de un osciloscopio se puede observar como varia el voltaje a través de las placas del condensador mientras se carga y descargar a condición de que se tenga un interruptor que se pueda abrir y cerrar alternada y rápidamente. Tal interruptor se puede lograr alimentando el circuito con una señal cuadrada de alta frecuencia.

En este experimento se tiene como objetivo observar el comportamiento de un condensador. Básicamente es un dispositivo capaz de almacenar energía en forma de campo eléctrico. Este formado por dos armaduras metálicas paralelas (generalmente de aluminio) separadas por un material dieléctrico (ver fig. 1). Tiene una serie de características tales como capacidad, tensión de trabajo, tolerancia y polaridad, que deberemos aprender a distinguir. En la versión más sencilla del condensador, no se pone nada entre las armaduras y se las deja con una cierta separación, en cuyo caso se dice que el dieléctrico es el aire. Para todo condensador se ha tenido una cantidad llamada capacitancia que es igual al cociente entre la magnitud Q de la carga de cualquiera de las placas y el valor absoluto de ΔV.

∁=QV

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Resultados

Al colocar el generador de funciones una frecuencia de 5000Hz en una función cuadrada con una amplitud de 10 voltios usando una resistencia con valor cercano a los 100Ω se obtuvo la siguiente grafica en el osciloscopio:

Donde en el eje x cada división representa un tiempo de 0,2 milisegundos y en el eje y representa un voltaje de 2 voltios.

Análisis de resultados

Una forma de medir el tiempo característico de un circuito RC con osciloscopio consiste en lo siguiente: teniendo la señal de descarga en la pantalla, mida el tiempo que transcurre mientras el voltaje entre las placas del Condensador se reduce a la mitad de su valor inicial. Este tiempo se llama tiempo medio y se designa por tm se relaciona por medio de la expresión:

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J = 1,44 tm

Al realizar el análisis grafico del osciloscopio se puede observar se tiene un tiempo de descarga de 1ms equivalente a 5 cuadros, y que el tiempo que tarda en alcanzar la mitad del voltaje es de 0,16ms, por lo tanto

J=1,44∗0,16=0,2304 ms

Se realizó la regresión de la gráfica obtenida en el osciloscopio.

Y con ella se corroboro el valor de J obtenido de forma experimental con la función obtenida de la regresión.

5v=0.6301(t)-0.973 = t=0.12ms

tiempo ms (x) voltaje(Y)0,05 80,08 70,12 60,15 50,18 40,25 30,32 20,52 1

0,6 0,8

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

1

2

3

4

5

6

7

8

9f(x) = 0.630081041394787 x^-0.972865402799105R² = 0.927530379733152

Descarga del condensador con osciloscopio

tiempo ms

volta

je

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V=5v=Tm= 0.12 ms

J = 1.44 tm= 0.1728ms

Error del J experimental

Error= VE1−VE2VE 1 *100

Error porcentual es: 25%

TAO TEÓRICO

J = RC

J = 100Ω * 4µF = 0.4ms Error del J para el VE1

Error= VT−VE 1VT *100

Error porcentual es: 42.5%

Error del J para el VE2

Error= VT−VE 2VT *100

Error porcentual es: 56.8%

El error en ambos casos puede deberse a una medición errada del valor de la resistencia en el circuito pues si se calcula el valor de dicha resistencia utilizando el valor de Jpara VE1 y VE2 son los siguientes respectivamente:

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J (VE1)C

= R

R=57.6ΩJ (VE 2)

C = R

R=43.2Ω

Que muestran un error en la resistencia del 42.4% y 56.8% respectivamente.Este podría ser el causante de que el error entre el J teorico y el Jexperimental sea tan grande.

Conclusiones El proceso de carga y descarga de un capacitor en un circuito RC varía de

forma exponencial. Los circuitos RC tienen una función inmediata de temporizadores,

aprovechando su constante de tiempo con dimensiones de segundos. Los circuitos RC pueden usarse como filtros ya que corta las frecuencias altas

o bajas dependiendo de la posición de montaje del condensador. A mayor resistencia mayor tao ya que el capacitor tarda más en cargarse o

descargarse. El acto de cargar o descargar un capacitor, se puede encontrar una situación

en que las corrientes, voltajes y potencias si cambian con el tiempo.

Bibliografía(s.f.). CIRCUITO RC CON OSCILOSCOPIO. bogota: UNIVERSIDAD

NACIONAL DE COLOMBIA.

Guillemin, E. p. (1959). Introducción a la teoría de los circuitos. Reverte.

Miguel Ángel Fortea Bagán, L. L. (2006). Formació del professorat davant la convergència europea. Paris: Universitat Jaume .

Patino, J. W. (s.f.). Circuito RC con Osciloscopio. Bogota: Universidad Nacional de Colombia.

Paul Allen Tipler, G. M. ( 2005). Física para la ciencia y la tecnología, Volumen 2. españa: Reverte.