GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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Condensadores . Parte V.

 

Material

 

Multímetro digital con frecuencímetro

Condensador de 1mF no electrolítico

Resistencia de 470 W

Osciloscopio de rayos catódicos

Generador de frecuencias

Cables de conexión

 

Fig.1

1, fuente de alimentación del generador de frecuencias,

2, generador de frecuencias,

3, condensador de 1  mF,

4, resistencia de 470 W,

5, Multímetro como frecuencímetro  

 6 osciloscopio de rayos catódicos

 

Introducción

 

Actualmente en los grandes almacenes y tiendas especializadas se pueden adquirir, a precios asequibles, multímetros digitales con los que se puede  medir la frecuencia de una corriente alterna.

Por otra parte en los laboratorios escolares existen generadores de frecuencia, los cuales van provistos de un dial que indica la frecuencia  y de otro que indica el tipo de onda. Hemos comprobado, con un frecuencímetro de alta calidad,  que las lecturas de frecuencias que indican el dial de estos generadores son sólo aproximadas, con errores que pueden ser superiores al 20%.

 

Con el mismo frecuencimetro hemos analizado  las frecuencias que mide un multímetro digital y los errores que proporciona son inferiores al 1%. Esta es la razón de utilizar en la práctica un multímetro digital con medidas de frecuencias en lugar de un frecuencímetro, aparato que no sólo es más caro sino más raro de encontrar en los centros escolares.

 

En este experimento se miden tensiones entre los bornes de un condensador y de una  resistencia.  unidos a una fuente de corriente alterna de frecuencia variable. Para este experimento se necesita utilizar como voltímetro un osciloscopio de rayos catódicos ya que los voltímetros de uso en los laboratorios no dan lecturas correctas cuando las frecuencias son distintas a 50 Hz.

 

Montaje

En la figura 1 se indica, en forma de bloques, el dispositivo experimental

Foto 1.

Esta fotografía se corresponde con el esquema de la figura 1. Observe que la sonda del osciloscopio conectada a tierra (borne de color negro), se coloca entre el condensador y la resistencia. En esta fotografía se está midiendo la caída de tensión en el condensador.

Foto 2. Esta fotografía es muy parecida a la 1, salvo que ahora la sonda del osciloscopio mide la tensión entre los bornes de la resistencia.

Toma de medidas

En el osciloscopio se anula la base de tiempos, por esta razón, cuando se mide una caída de potencial, aparece en la pantalla una raya vertical. Si estuviese conectada la base de tiempos en pantalla aparecería  una senoide. El tamaño de esa raya se controla con el botón de escala del voltaje. Se procura que el tamaño de la raya sea el mayor posible para así poder leer el voltaje con mayor precisión. La longitud de esa raya se transforma  en voltaje pico a pico, de acuerdo  con la escala de voltios que lleva incorporado el  osciloscopio.

La frecuencia de la corriente se lee directamente en la pantalla del multímetro. La caída de tensión  en el condensador, se mide como indica la fotografía 1 y la caída de tensión en la resistencia como indica la fotografía 2.

Los valores experimentales se llevan a la tabla 1.

 

Fundamento teórico

En un circuito de corriente alterna como el de la figura 2, las caídas de tensión en la resistencia y en el condensador están desfasadas.

Fig.2

De la figura 2 se deduce:


 

Donde f es la frecuencia de la corriente

De la ecuación (1) se concluye que al representar  en el eje de ordenadas, frente a la frecuencia f  en el eje de abscisas,  se obtiene una línea recta que pasa por el origen de coordenadas y cuya pendiente es . Si se mide la pendiente y se conoce el valor de R es posible calcular la capacidad del condensador.

         Tabla

                          

Frecuencia, f/Hz

Voltaje pico a pico  en el condensador, VC/V

Voltaje pico a pico en la resistencia, VR/V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Con los datos de la tabla 1 represente VR/VC en el eje Y frente a  f  en el eje X. Determine la pendiente de la recta. Calcule la capacidad del condensador teniendo en cuenta que R = 470 W.

SOLUCIÓN