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GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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SOLUCIÓN

Fotografía1. El condensador de la izquierda tiene una capacidad nominal de 22000 mF y el de la derecha 3300 mF. El signo menos indica, en ambos, el polo negativo. El otro polo que no lleva señal es el positivo.

 

 

Descargas exponenciales. Parte I

 

Introducción

 

El estudio experimental de la descarga de un condensador a través de una resistencia es un buen medio para el análisis de la función exponencial. La dificultad experimental del registro de las medidas es conseguir datos en un tiempo relativamente corto y esto hoy se puede hacer si se emplea un instrumento que se ha hecho popular como es la cámara fotográfica de los teléfonos móviles..

La fotografía con el teléfono móvil nos permite registrar simultáneamente los valores de dos o tres multímetros y un cronómetro, empleando en total un tiempo inferior a dos segundos y obteniendo  más de quince medidas. Antes era necesario que la descarga se hiciese a través de un resistencia grande para que el tiempo fuese grande y se pudiesen registrar las medidas, pero hoy se pueden utilizar resistencias de descargas  pequeñas  como se hará en este experimento.

 

 

Material

 

Condensador electrolítico de C1= 2200 mF

Condensador electrolítico de C2=3300 mF

Multímetros (3)

Fuente corriente continua.

Cables de conexión

Resistencia de unos 6000 W

Cronómetro

Teléfono con cámara fotográfica.

 

 

  Medidas

           

1) Mida con uno de los multímetros la resistencia R.

 

 

2) Carga de los condensadores

 

 

Se unen entre sí los dos condensadores tal como indica la fotografía 2 y se colocan sendos voltímetros entre sus bornes y el conjunto se une a la fuente de alimentación de corriente continua

 

Fotografía 2. El  condensador C1 está unido por su borne izquierdo (que es positivo) al polo positivo de la batería. El condensador C2 está unido por su borne derecho(que es negativo) al polo negativo de  la batería. El condensador C1 está cargado a una diferencia de potencial de 11,16 V y el C2 a 8,22 V. La resistencia R está fuera del circuito

 

 

Se supone que la fuente de alimentación carece de resistencia interna ¿cuál es su fuerza electromotriz?

Con los valores nominales de la capacidad de los condensadores determina la diferencia de potencial entre ellos.

Compara los valores experimentales con los teóricos

 

Una vez cargados los condensadores quite la fuente de alimentación y los voltímetros. Uno de los multímetros lo convierte en amperímetro de corriente continua en la escala de los microamperios, lo une a la resistencia R y el conjunto lo sitúa entre los bornes del condensador 1. Tenga dispuesto el cronómetro. Registre la intensidad de la corriente y el tiempo utilizando la cámara fotográfica del teléfono móvil. Los valores los coloca en la tabla I y la completa.

  t/s se obtiene restando a todos los valores el de la fila primera, por consiguiente, el primer valor de t/s es cero. Io es la intensidad en el tiempo cero

 

 

 

Tabla I

 

tiempo/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/ mA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ln (I/Io)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Represente t/s en el eje de abscisas frente a I en el de ordenadas, obtendrá una curva exponencial. Represente ln (I/Io) frente a t, obtendrá una recta, a partir de su pendiente y del valor de R calcule  la capacidad del condensador. Calcule en % la diferencia entre el valor encontrado y el valor nominal respecto del medido

 

2) Haga lo mismo que en el apartado 1 con el condensador C2.                  

 

 

Tabla II

           

tiempo/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/ mA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ln (I/Io)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Descargue completamente los dos condensadores.  Vuelva a cargarlos. Ahora va a operar como se ha hecho en los otros apartados, salvo que al conjunto amperímetro y resistencia lo sitúa en los extremos de la asociación de los dos condensadores, de esta manera medirá cómo varía la intensidad de la corriente cuando se descargan ambos condensadores. Confeccione la tabla III. Calcule la capacidad equivalente. Compare este valor con el que resulta de aplicar la ley de asociación de condensadores con los valores de C1 y C2 obtenidos en los apartados 1 y 2.

 

           

Tabla III

 

tiempo/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/ mA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ln( I/Io)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) Con los datos del tiempo t/s, e I/A , confeccione  la tabla IV

 

                                                                   

Tabla IV

 

t/s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/ A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2R t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Represente t/s en el eje de abscisas frente a I2Rt en el de ordenadas, obtendrá una curva con un máximo.

Calcule el valor de t en función de R y C1 para el que ocurre el máximo. Sustituya R y C1 por sus valores numéricos y compare con el máximo de la curva.

 

5) Compruebe la relación obtenida en el apartado 4 con el condensador C2 y con la asociación de los dos condensadores