GRUPO HEUREMA. EDUCACIÓN SECUNDARIA

ENSEÑANZA DE LA FÍSICA Y LA QUÍMICA

sección: PRÁCTICAS DE FÍSICA
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Condensadores. Parte VII

 

Introducción

En este experimento  operamos con un circuito sencillo que contiene dos resistencias iguales y un condensador. En la figura 1 se encuentra el esquema de dicho circuito.

SOLUCIONARIO

Fig.1

 

e , fuerza electromotriz de la pila, R, resistencia, P, interruptor , C, condensador.

 

Antes de realizar el experimento, el Profesor debe plantear a los alumnos el interrogante de que una vez cerrado el interruptor, la corriente al llegar al nudo A se bifurca por AB ramal del condensador y por AB ramal de la resistencia R. De este modo el condensador se irá cargando y una vez que esté cargado, cesa la corriente por el ramal AB del condensador y  el circuito se compone ahora  de dos resistencias en serie. Si en el circuito intercalamos amperímetros podemos comprobar lo que se presupone.

Si una vez cargado el condensador  se abre el interruptor, el condensador se descargará a través de la resistencia R. Midiendo tiempos e intensidades es posible calcular el valor de la capacidad del condensador si se conoce el valor de R.

 

Material

Multímetro digital (3). Se utilizan como amperímetros en la escala de los microamperios.

Pila de 4,5 V (3)

Resistencia de 100 000 W (2)

Condensador electrolítico de 1000 mF

Cronómetro

Cables de conexión

 

Montaje

Para realizar el experimento son necesarios cuatro alumnos en  cada puesto de trabajo. Uno, que dirige al resto, se ocupa del cronómetro y los tres restantes de leer  y anotar las lecturas de cada amperímetro. El experimento consta de dos partes

 

Primera parte

1) Se realiza un montaje con arreglo al esquema de la figura 2. Probablemente los alumnos encuentren   alguna   dificultad  en construirlo por ello aconsejamos que se haga primero el circuito e, A1, P , R, C, A2 y luego en paralelo el circuito A, R, A3, B. Al utilizarse un condensador electrolítico es indispensable respetar la polaridad respecto de la fuente.

Fig.2

La fotografía 1 corresponde al montaje de la figura 2.

Fotografía 1

En esta fotografía se observa la situación de los amperímetros, los cuales indican cero de corriente puesto que el interruptor se encuentra abierto. Los aparatos de medida se encuentran en la escala de los microamperios.

2) Una vez realizado el montaje de la figura 2. Se acuerda tomar las medidas  cada 15 segundos. El alumno que se ocupa del cronómetro cierra el interruptor, espera un brevísimo tiempo, pone en marcha el cronómetro avisando a sus tres compañeros para que en el momento de poner en marcha el cronómetro ellos anoten las lecturas de los  amperímetros.

Cuando están próximos a llegar los 15 segundos (por ejemplo a los 13 segundos)  el alumno que está pendiente del  cronómetro avisa a sus tres compañeros para que estén atentos a las pantallas  de los amperímetros y en el instante en que se alcanzan los 15 segundos, les da la orden para que anoten las lecturas de los aparatos de medida.

Se procede de la misma manera cada 15 segundos.

Se dan por terminadas las medidas cuando uno de los amperímetros marque cero (o una o dos décimas de microamperio).

Las fotografías 2 ,3 y 4 indican la marcha del proceso.

Fotografía 2

Esta fotografía está tomada unos segundos después de cerrar el interruptor. Las lecturas de los amperímetros cambian con rapidez y por eso  dos lecturas aparecen borrosas

Fotografía 3

Han transcurrido varios minutos desde que cerró el circuito, los cambios en las lecturas son más lentos y por eso aparecen perfectamente legibles en la fotografía

Fotografía 4

El proceso se da por terminado cuando el  amperímetro 2 indica una corriente nula o casi nula, mientras que los otros dos marcan lecturas iguales o casi iguales.

3) Los valores  de las corrientes se anotan en la tabla 1

 

Tabla 1

 

Tiempo/s

I1/mA

I2/mA

I3/mA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Segunda parte

4) Terminada la primera parte del  experimento, el condensador está cargado. El alumno que  maneja el cronómetro lo pone a cero  y prepara a sus compañeros para que estén pendientes de los aparatos de medida.

Abre el interruptor, espera un tiempo muy breve, pone en marcha el cronómetro y sus compañeros en el mismo instante anotan las lecturas de los aparatos. Luego hacen las lecturas cada 15 segundos, siguiendo el procedimiento anterior.

El alumno que se ocupa del amperímetro 1  observará que marca siempre cero ya que el circuito está abierto para  ese aparato. El que se ocupa del amperímetro 3  leerá valores de la intensidad que disminuyen con el tiempo y acaban por alcanzar un valor casi nulo. El que está pendiente del amperímetro 3 leerá los mismos valores que 3 pero negativos ya que ese amperímetro está conectado con la polaridad cambiada.

 

Los valores de los tiempos y lecturas se anotan en la tabla 2.

 

Tabla 2

 

Tiempo/s

I3/mA

ln(I3 inicial/I3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tratamiento de los datos

Con los datos de la tabla 1 y en la misma gráfica se representan las intensidades en el eje de  ordenadas frente a los tiempos en el de abscisas.

Con los datos de la tabla 2 se representa en una  gráfica el tiempo en  abscisas frente a I3 en ordenadas. 

En otra gráfica se representa el tiempo (eje X) frente a ln(I3inicial/I3) (eje Y). Teniendo en cuenta que la gráfica anterior es una línea recta cuya pendiente es  y que R = 100000 W, se calcula el valor de la capacidad del condensador.