Acerca de este experimento
Observa cómo se acumula la carga en un condensador a través de una resistencia y, después, cambia a una secuencia de descarga. Compara el voltaje del condensador, la corriente con signo y la energía almacenada. La reproducción utiliza t dividido por RC, por lo que se pueden examinar constantes de tiempo cortas y largas al mismo ritmo visual; el tiempo físico transcurrido siempre se muestra por separado.
Objetivos de aprendizaje
- Interpretar RC como el tiempo característico de carga y descarga
- Comparar el voltaje y la corriente del condensador durante la carga y la descarga
- Relacionar la capacitancia y el voltaje con la carga y la energía almacenadas
- Usa la regla del 63 % y el 37 % para obtener una constante de tiempo a partir de un gráfico
Cómo usarlo
- 1En el modo de carga, avance una constante de tiempo y compare el voltaje del condensador con el voltaje de alimentación.
- 2Duplique la resistencia y compare la constante de tiempo física y la corriente inicial.
- 3Cambie al modo de descarga. Tras una constante de tiempo, compare el voltaje restante con su valor inicial.
- 4Mantenga fijo el voltaje, duplique la capacitancia y compare la carga almacenada, la energía y la constante de tiempo.
- 5Lee el voltaje del condensador después de 1, 2, 3, 4 y 5 constantes de tiempo. ¿Qué fracción de la tensión de alimentación se alcanza en cada caso?
El modelo
Supuestos
- El circuito contiene una resistencia y un condensador ideales. Se ignoran la resistencia de los cables, las fugas del condensador, la resistencia interna y la inductancia.
- Una carga comienza con el voltaje del condensador en cero; una descarga comienza con el voltaje inicial seleccionado y la alimentación puenteada.
- Los puntos en movimiento muestran de forma esquemática la corriente convencional en los cables. No representan electrones que atraviesen el dieléctrico.
- La reproducción avanza a razón de 0,5 constantes de tiempo por segundo. El reloj físico es u por RC; puede diferir del tiempo de pantalla.
Pruébalo en clase
- Q1¿Qué fracción de la tensión de alimentación se alcanza después de una constante de tiempo de carga?
- Q2¿Por qué la corriente de descarga tiene un signo negativo en la lectura?
- Q3Si la capacitancia se duplica a tensión constante, ¿cómo cambian la carga, la energía y RC?
- Q4El flash de una cámara carga un condensador durante unos segundos y lo descarga en un milisegundo. ¿Qué te indica eso sobre la resistencia de cada circuito?
- Q5¿Por qué suelen decir los ingenieros que un condensador está completamente cargado después de 5 constantes de tiempo?
Preguntas frecuentes
¿Por qué cambiar la resistencia no modifica la curva de tensión normalizada?
En un circuito RC ideal, la tensión en función de t/RC tiene la misma forma exponencial. La resistencia cambia el tiempo físico y la corriente, mientras que la gráfica normalizada permanece inalterada.
¿Circula corriente a través del dieléctrico del condensador?
En un dieléctrico ideal no circula corriente de conducción. La corriente en los cables externos cambia la carga de las placas. Se omiten los marcadores de partículas en el espacio entre las placas.
¿Llega alguna vez a estar completamente cargado el condensador?
En el modelo ideal, el voltaje se acerca cada vez más a la tensión de alimentación sin llegar a alcanzarla. Después de 5 constantes de tiempo, está a menos de un 1 % de la tensión de alimentación; por eso se usa 5RC como regla práctica.