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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA
Circuito RC
Raschid Amín, Mateo Mesino, Jaren Orellano
Ingeniería de Sistemas
Profesor: Armando Yance
Laboratorio de Física Eléctrica. Grupo: S4 [202501CB0070S4]
Resumen
En el presente trabajo se estudió el comportamiento de un circuito RC durante los procesos de carga y
descarga de un condensador, con el fin de analizar el papel que desempeñan tanto la resistencia como la
capacitancia en dichos procesos. Se observó el comportamiento exponencial del voltaje y la intensidad en
función del tiempo, a través de gráficas de Voltaje vs. Tiempo e Intensidad vs. Tiempo, evidenciando las
características propias de la carga y descarga del condensador. Para la medición de los valores eléctricos
del circuito, se utilizó un sensor CASSY, permitiendo registrar con precisión los datos de voltaje y amperaje
durante la experimentación.
Palabras clave
Circuito RC, carga, descarga, condensador, resistencia, voltaje, intensidad.
Abstract
In this work, the behavior of an RC circuit during the charging and discharging of a capacitor was studied
to analyze the role played by both resistance and capacitance in these processes. The exponential behavior
of voltage and current as a function of time was observed through graphs of voltage vs. time and current
vs. time, highlighting the characteristics of capacitor charging and discharging. A CASSY sensor was
used to measure the circuit's electrical values, allowing voltage and current data to be accurately recorded
during the experiment.
Keywords
RC circuit, charge, discharge, capacitor, resistance, voltage, current.
1. Introducción
Los circuitos RC, formados por una resistencia y
un condensador, son fundamentales para el
estudio de los fenómenos transitorios en
electricidad. Estos circuitos permiten analizar
cómo varían el voltaje y la intensidad eléctrica a
lo largo del tiempo, especialmente durante los
procesos de carga y descarga del condensador.
Este comportamiento no ocurre de forma
instantánea, sino que sigue una evolución
progresiva que se caracteriza por una curva
exponencial.
Durante la carga, el condensador acumula
energía proveniente de la fuente, mientras que
durante la descarga la libera a través de la
resistencia. La velocidad con la que estos
procesos ocurren depende directamente de los
valores de la resistencia y la capacitancia
utilizados, lo que permite modificar el
comportamiento del circuito según sea necesario.
El estudio de estos circuitos no solo tiene un
valor académico, sino también práctico, ya que
son ampliamente utilizados en dispositivos
electrónicos, sistemas de filtrado,
temporizadores y control de señales. En este
informe se presenta el análisis de un circuito RC
sencillo, con el objetivo de observar y
comprender cómo interactúan sus componentes y
cómo se comportan las señales eléctricas durante
su funcionamiento.
2. Fundamentos Teóricos
Un circuito RC está compuesto por una
resistencia (R) y un condensador (C) conectados
en serie. Este tipo de circuitos es fundamental
para estudiar el comportamiento de la carga y
descarga de un condensador a través de una
resistencia cuando se conecta a una fuente de
corriente directa.
El proceso de carga y descarga de un
condensador en un circuito RC se caracteriza
por su comportamiento exponencial. Al
conectar el circuito a una fuente de voltaje, el
condensador comienza a cargarse, acumulando
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energía en forma de campo eléctrico. A medida
que se carga, la corriente disminuye
progresivamente hasta llegar a cero cuando el
voltaje del condensador iguala al de la fuente.
En el proceso de descarga, ocurre lo contrario:
el condensador pierde su carga, disminuyendo el
voltaje y la corriente hasta llegar a cero.
3. Desarrollo experimental
Experimento 1:
Figura 1. Ensamble del circuito con la
resistencia de 10k Ω y la capacitancia de 470μF.
Figura 2. El ensamble de otra resistencia 10 k Ω
y una capacitancia de 47μF.
Figura 3. El ensamble de una resistencia de 47k
Ω y una capacitancia de 47μF.
En este experimento se utilizó la ayuda del
software llamado CASSY LAB, este fue de gran
ayuda para realizar el experimento y obtener los
datos de una manera más eficiente.
En ese software se configuro un rango de
tensión hasta 1 0 V. Esta medición siempre se
lleva a cabo en paralelo aparece en la
configuración de entrada del sensor la magnitud
tensión para un rango de hasta 30 Voltios. Para
este experimento se escoge el rango de hasta 30
Voltios con el cero a la izquierda. Se escogió un
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Serán anexadas al final del informe.
Cuarta parte de la experiencia, cambio la
resistencia de 10k Ω a 47k Ω y la
capacitancia de 47μF.
Valor R: 10k Ω
Capacitancia: 47μF
R*C = 47k Ω * 47μF: 2,209s, pero con las
indicaciones del docente se utilizó un valor de
25 s.
R*C = 2 5s
Se grafico las siguientes Graficas:
5.1 Voltaje vs Tiempo
5.2 Voltaje Teórica vs Tiempo
5.3 Corriente Teórica vs Tiempo
5.4 Carga vs Tiempo
Serán anexadas al final del informe.
5. Conclusiones
El comportamiento de carga y descarga sigue
el modelo exponencial previsto por la teoría
Las curvas de voltaje vs. tiempo para la carga y
descarga del capacitor muestran un
comportamiento suave y exponencial. Durante
la carga , el voltaje aumenta asintóticamente
hacia el valor de la fuente (10 V). En la
descarga , el voltaje cae exponencialmente hacia
cero, tal como predice la ecuación:
V(t)=V0(1−e−t/RC) (carga) y V(t)=V0e−t/RC
(descarga)
La constante de tiempo τ = RC afecta
directamente la rapidez del proceso
Los cambios en los valores de R y C afectaron
el tiempo en que el capacitor se carga o
descarga:
Con R = 10k Ω y C = 470μF, τ ≈ 4.7 s pero se
graficó a lo largo de 50 s para observar el
proceso completo.
Con R = 47k Ω y C = 470μF, τ ≈ 2 20.9 y el
proceso fue observado en un intervalo más
amplio de 225 s.
Con R=10k Ω R y C=47μF, τ ≈ 0.47s, pero el
docente recomendó utilizar 5 s para mejor
visualización.
Con R= 47 k Ω R y C=47μF, τ ≈ 2 ,209s, pero el
docente recomendó utilizar 2 5 s para mejor
visualización.
La corriente decrece con el tiempo durante la
carga, y aumenta negativamente en la
descarga
En las gráficas de corriente vs. tiempo , se
aprecia cómo la corriente:
Es máxima al principio de la carga y decrece
exponencialmente a cero.
Durante la descarga, inicia negativa (indicando
dirección opuesta) y tiende también a cero.
−𝑡
En las graficas en valor no llega a 10V por la
resistividad y por factores de externos de la
experiencia.
En la tercera parte el proceso es lento al poner
una resistencia mayor.
La carga eléctrica q almacenada en un capacitor
depende del voltaje aplicado y de la
capacitancia, según la fórmula fundamental
q=C⋅V. La resistencia sí afecta la velocidad a la
que el capacitor se carga o descarga, pero no la
cantidad total de carga que puede almacenar.
Entonces se concluye que, ¿De qué depende la
carga final en el capacitor?
Del voltaje V y la capacitancia C.
¿Qué papel juega la resistencia R?
Controla la rapidez con que el capacitor alcanza
esa carga final durante el proceso de carga o se
descarga.
En conclusión, la cantidad de carga que puede
almacenar un capacitor no depende de la
resistencia del circuito, sino de su propia
capacitancia y del voltaje aplicado. La
resistencia únicamente influye en la rapidez con
la que el capacitor se carga o descarga, pero no
en la cantidad total de carga que puede
almacenar. Esto se evidencia en los
experimentos realizados, donde al variar la
resistencia se modificó el tiempo de carga, pero
no la carga máxima alcanzada.
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Hoja de evaluación:
OBSERVACIONES:
a. ¿Cómo es el proceso de carga vs. Tiempo al
inicio y al final del proceso?
Al inicio del proceso de carga, el voltaje en el
capacitor aumenta rápidamente porque la
corriente es máxima. A medida que el tiempo
avanza, el voltaje se incrementa más
lentamente, acercándose asintóticamente al
voltaje de la fuente. Al final del proceso, el
voltaje se estabiliza y la corriente tiende a cero.
b. ¿Cómo es el proceso de descarga vs. Tiempo
al inicio y al final del proceso?
Durante la descarga, el voltaje disminuye
rápidamente al inicio y luego más lentamente,
hasta acercarse a cero. Este comportamiento
también es exponencial, y al final del proceso la
corriente y el voltaje tienden a cero.
c. ¿Considera usted que los procesos de carga y
descarga en un circuito RC son procesos
exponenciales? Justifique su respuesta.
Sí, ambos procesos son exponenciales. Esto se
debe a que la ecuación diferencial que rige el
circuito RC tiene una solución de tipo
exponencial. En la carga, el voltaje en el
capacitor sigue la expresión 𝑉(𝑡) = 𝑉𝑜 ( 1 −
−
𝑡
𝑅𝐶
), y en la descarga 𝑉
−𝑡/𝑅𝐶
. Esto
se confirmó con las gráficas obtenidas, donde se
observa claramente la forma curva típica de una
función exponencial.
1. a) ¿Qué efecto tiene la resistencia sobre el
proceso de carga y descarga de un
condensador?
La resistencia afecta la velocidad del proceso de
carga y descarga. A mayor resistencia, mayor
será la constante de tiempo τ = RC, lo que hace
que el capacitor se cargue o descargue más
lentamente.
b) ¿Qué influencia tiene una capacitancia
menor sobre el proceso de carga?
Una capacitancia menor implica que el
capacitor requiere menos carga para alcanzar un
mismo voltaje, por lo tanto, se carga y descarga
más rápidamente. Esto disminuye la constante
de tiempo del circuito.
2. ¿Por qué la tensión (voltaje) del
condensador aumenta muy lentamente en el
último período de la carga?
Porque al final del proceso de carga la
diferencia de potencial entre la fuente y el
capacitor es muy pequeña, por lo que la
corriente es mínima y el aumento de voltaje es
lento. El capacitor se acerca al voltaje de la
fuente de forma asintótica.
3. ¿Por qué la corriente de carga alcanza su
máximo valor al inicio de su proceso de
carga?
Porque inicialmente el capacitor está
completamente descargado, por lo que actúa
como un cortocircuito. Esto provoca que la
corriente inicial sea máxima, igual a I=V/R
Luego, a medida que el capacitor se carga, la
corriente disminuye exponencialmente.
4. Defina qué es un condensador, y cuántas
clases de condensadores existen. Dé dos
ejemplos de aplicación de los condensadores.
Un condensador (o capacitor) es un dispositivo
que almacena energía en forma de campo
eléctrico. Está compuesto por dos placas
conductoras separadas por un dieléctrico.
Tipos comunes de condensadores incluyen:
Electrolíticos, cerámicos, de poliéster, de
tantalio, etc.
Ejemplos de aplicación:
- En fuentes de poder para estabilizar el
voltaje.
- En temporizadores electrónicos. 5. ¿Qué diferencia existe entre un
condensador y una batería? Explique.
La principal diferencia entre un condensador y
una batería reside en cómo almacenan y liberan
la energía. Mientras que una batería almacena
energía química y la libera lentamente, un
condensador almacena energía eléctrica en
forma de campo eléctrico y la libera
rápidamente. La batería es como un depósito de
energía química, mientras que el condensador es
como un almacenamiento de energía eléctrica
en forma de campo. La elección entre uno y otro
depende de la aplicación, la velocidad de
descarga requerida y la duración del
almacenamiento de energía.
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1.4 Carga vs Tiempo
Segunda parte de la experiencia
2.1 Voltaje vs Tiempo
Tercera parte de la experiencia.
3.5 Voltaje vs Tiempo
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3.6 Voltaje Teórica vs Tiempo
3.7 Corriente Teórica vs Tiempo
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4.1 Voltaje vs Tiempo
4.2 Voltaje Teórica vs Tiempo
4.3 Corriente Teórica vs Tiempo
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4.4 Carga vs Tiempo
Quinta y ultima parte de la experiencia.
5.1 Voltaje vs Tiempo
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5.4 Carga vs Tiempo
