Capacitancia e inductancia encircuitos de corriente alterna OBJETIVOS: El objetivo fundamental en este experimento es el estudio de la corriente alterna en un circuito RC y RL Fundamento teórico: En electrónica y electrotecnia, se denomina reactancia a la oposición ofrecida al paso de la corriente alterna por inductores (bobinas) y condensadores, se mide en Ohmios y su símbolo es Ω. Junto a la resistencia eléctrica determinan la impedancia total de un componente o circuito, de tal forma que la reactancia (X) es la parte imaginaria de la impedancia (Z) y la resistencia (R) es la parte real, según la igualdad: CONDENSADOR CON TENSIÓN ALTERNA SINUSOIDAL Reactancia de un condensador El condensador posee, en lugar de una resistencia efectiva una reactancia Xc (capacitiva) que viene dada por los cocientes resultantes del valor eficaz de tensión U y el valor eficaz de corriente I: Xc=U / I De igual manera que lo que ocurre con la resistencia efectiva, la unidad que expresa la reactancia es el ohmio. Como se insinuó anteriormente, un condensador “conduce” corriente alterna, y lo hace de mejor manera mientras mayor sea su frecuencia y mayor la capacidad del condensador menor es la amplitud, a continuación se expone la fórmula de la reactancia capacitiva: Xc= 1 1 = w.C 2π .f .C Si se realiza el montaje de un divisor de tensión empleando una resistencia R y un condensador C, el circuito presentara también un comportamiento dependiente de la frecuencia. Si la frecuencia aumenta, la resistencia del condensador disminuye. En consecuencia, la tensión Uc(f) disminuye cuando la frecuencia aumenta. Ajustes del osciloscopio: Canal A: 5v/div Canal B: 500 mv/ div Base de tiempo: 2ms/div Modo de operación: x/t .tanφ 2 π .AC Trigger: calan A / flanco ascendente / SINGLE /Pre-trigger 25% Arrastre el oscilograma obtenido hacia la siguiente ventana: ¿Qué puede observar con relación al desfase existente entre la corriente y la tensión?. explique detalladamente Rpta: La corriente adelanta a la tensión en 45° Aumente ahora a frecuencia del generador de funciones a 1khz y adecue el barrido de exploración y la sensibilidad del osciloscopio de manera que pueda obtener una representación aprovechable de las señales. f . se puede calcular el valor de la capacidad del condensador mediante: C= 1 . ∆ t (Ángulo en grados) (Ángulo en radianes) ∆t representa la distancia en el eje de tiempo. se mide la amplitud de la tensión de entrada y de la tensión en el condensador. entre los puntos de cruce por cero de las dos curvas de tensión alterna. f .f . ¿Qué relación puede reconocer entre la frecuencia y el valor de cresta de la intensidad de corriente? Rpta: La intensidad de corriente desciende si la frecuencia aumenta Determinación de la capacidad mediante mediciones de tensión: Para una frecuencia “cualquiera”. 2 πf . si se conoce e valor de la resistencia conectada a la entrada del circuito. Arrastre el oscilograma obtenido hacia la siguiente ventana. Luego. ∆ t φ ( f )=2 π . C= 1 .R . R √( U₀ 2 −1 Uc ) la capacidad del condensador también se puede determinar mediante el desplazamiento de fases: φ ( f )=360 ° . En general se cumple la siguiente regla: Mientras más grande sea el valor de la inductancia de una bobina. la impedancia de la inductancia es nula. de modo que se tendrá un divisor de tensión puramente resistivo con R y Rs (componente resistiva de L). L=2 π . L Si se aplica corriente continua al circuito. la tensión Ul(f) aumenta también cuando la frecuencia aumenta. f .2369∗10−3 2 π . ∆ t =360 °∗13∗20∗10 =93. una inductancia presenta solo su componente de resistencia óhmica. f .6° C= tan ( 93. mayor será el de su resistencia óhmica. Bajo el efecto de la corriente continua. La impedancia de la inductancia se obtiene mediante la siguiente formula: Xl=w .−3 φ ( f )=360 ° .A l µₒ: permeabilidad magnética en el vacío µr: permeabilidad magnética relativa n: número de espiras l: longitud de la bonina A: sección transversal de la bobina Para aumentar el valor de la inductancia se requiere aumentar la cantidad de alambre. Determinación De Inductancia De Una Bobina En Divisor De Tensión Rl Una bobina es un componente que depende de la frecuencia.tanφ= =1. La inductividad también se puede determinar mediante el desplazamiento de fases .f . e consecuencia. la inductancia tendrá cada vez un valor de resistencia mayor. a medida que se aumenta la frecuencia. la bobina presenta una resistencia que también aumenta. Sin embargo. Es valido lo siguiente: 2 L=µₒµr . En general. Cuando la frecuencia aumenta. n .6 ° ) 1 .R 2 π∗13∗100 BOBINA CON TENSIÓN ALTERNA SINUSOIDAL Las inductancias se confeccionan arrollando un conductor de modo que una espira siga a la otra. se cumple que la inductividad aumenta cuando se aumenta el número de espiras de la bobina. Introduzca también los ajustes del osciloscopio en las casillas previstas para ello. φ ( f )=360 ° . EXPERIMENTO En el experimento siguiente debe determinar el valor de la inductancia de un componente RL sobre la base de un desfase entre la tensión de la bobina y la tensión de alimentación. Monte el siguiente arreglo experimental: transfiera todo el circuito realizado para condensadores a la parte de la tarjeta que contiene la bobina y haga los ajustes.La frecuencia debe ser lo suficientemente grande de modo que se pueda despreciar la componente de resistencia óhmica. f . AC Time base: 20 ms/div Trigger: off Mode: x/t. ∆ t φ ( f )=2 π . Amplitud= 70% con 1:1 Frecuencia = 1 Hz Modo de operación sinusoidal (SINE) Power = On Abra el osciloscopio del menú instrumentos y realice los ajustes correspondientes. entre dos puntos de cruce. f . AC Registre con el osciloscopio y transfiera el oscilograma a la casilla adjunta. Canal A: 2v/div. ∆ t (Ángulo en grados) (Ángulo en radianes) ∆t representa la distancia en el eje del tiempo. Encienda el instrumento. de sendas curvas de tensión alterna. AC Canal B: 2v/div. Abra el instrumento virtual generado r de funciones a través de la opción de menú instrumentos | fuentes de tensión|. . 8 L= R 100 = =3. . es decir. en realidad. los electrones no se desplazan de un polo a otro. ¿Qué se puede observar en comparación con continua? medición Se observó que en la corriente alterna (CA o AC). f .Determine el desfase mediante el valor de ∆t y. por lo que la corriente circula externamente entre sus armaduras. los huecos o ausencias de electrones (cargas positivas) lo hacen en sentido contrario. a una frecuencia determinada (número de oscilaciones por segundo) a diferencia que la corriente continua (CC o DC) se genera a partir de un flujo continuo de electrones (cargas negativas) siempre en el mismo sentido. ¿Qué ocurre con la tensión del condensador? Al conectar una CA senoidal v (t) a un condensador circulará una corriente i (t). a partir de ello. que lo cargará.8) CUESTIONARIO 1. sino que a partir de su posición fija en el cable (centro). también senoidal. Al decir que por el condensador circula una corriente. cuyo valor absoluto puede demostrase que es igual al de v (t). oscilan de un lado al otro de su centro. desde el polo positivo al negativo. el cual es desde el polo negativo de la fuente al polo positivo. Lo que sucede es que el condensador se carga y descarga al ritmo de la frecuencia de v (t). -vc (t). dentro de un mismo entorno o amplitud. originando en sus bornes una caída de tensión. se debe puntualizar que.2747 2 πf . calcule el valor de la inductancia empleando la siguiente formula: T=100 ms ∆T=8* 10−6 f= 104 Hz φ ( f )=360 ° . dicha corriente nunca atraviesa su dieléctrico. *Esto a su vez origina que La tensión del condensador disminuye cuando la intensidad aumenta. tan [ φ ( f ) ] 2 π∗104∗tan ( 28. 2. ∆ t =360 °∗8∗10−2=28. Al desplazarse en este sentido los electrones. frecuencia 476'2 Hz (oscil/seg) . porque. proporciona un valor fijo de ésta (de signo continuo). al tener un flujo de electrones prefijado pero continuo en el tiempo. y en la gráfica V-t (tensión tiempo) se representa como una línea recta de valor V.La corriente continua se caracteriza por su tensión. CORRIENTE CONTINUA Ej: Corriente de +1v CORRIENTE ALTERNA Ej: Corriente de 2Vpp (pico a pico) de amplitud. 4. Representa la forma en que generalmente es distribuida la energía eléctrica para uso doméstico y es la corriente producida por las magnetos. el corte de esas líneas varía en forma senoidal. El uso de la distribución de la corriente monofásica (generalmente doméstico) en el que la electricidad "viaja" por un sólo conductor o cable hasta el punto de alimentación (enchufe). ¿Qué es la corriente monofásica y trifásica? CORRIENTE MONOFÁSICA: Corriente eléctrica alterna en la cual existe una sola tensión variable. de 230v ± 10%. Es de uso generalmente doméstico porque esa línea o fase no da un ancho de voltaje muy poderoso. . una componente sinusoidal. sino que alterna y fluye primero hacia una dirección y luego se invierte y fluye hacia la otra. A este tipo de corriente se le llama corriente alterna o c-a. acopladas. teniendo por expresión la generación de corriente alternada. como el movimiento es circular. es esencialmente un sistema de tres tensiones alternas.3. ¿Cómo se crea la corriente alterna? La corriente alterna es el tipo de corriente eléctrica que no siempre fluye en la misma dirección. La corriente alternada puede ser generada por generadores de corriente alternada que consisten en el principio de un campo magnético fijo y bobinas que concatenadas convenientemente cortan líneas de fuerzas de ese campo magnético. (rango en el que entra la española de 220v . capaz de ser transmitida mediante 2 conductores. y desfasadas 120º entre si (o sea un tercio del Periodo). CORRIENTE TRIFÁSICA: La tensión trifásica. (se producen simultáneamente las 3 en un generador). Estas tensiones se transportan por un sistema de 3 conductores (3 fases). Es mas fácil elevar la tensión con transformadores para el transporte en líneas de larga distancia con fin de reducir las perdidas por efecto Joule. Determine el valor de la reactancia inductiva Xl=w .21369∗10−3 6. L=2 π .08716223 2 π .2747 x 10 . o de cuatro (tres fases + un neutro).C Datos: f= 13 C=1. Las corrientes alternas trifásicas son muy usadas en la industria. Por convención las fases se denominan R . 5.f .C 2 π∗13∗1.21369∗10−3 En la ecuación: Xc= 1 1 = =10.C 2π . L Datos: 4 f= 10 −3 L=3. S. Otra ventaja reside en un mejor uso de la potencia en motores de alterna frente a una alimentación monofásica. f . Determine el valor de la reactancia capacitiva Ecuación de la reactancia capactiva: 1 1 Xc= = w. y N para el conductor neutro si existe. f . Tiene grandes ventajas frente a las corrientes continuas para el transporte de la energía. T. L=2 π .5074503Ω Para el circuito RL Z= 228. Entre las características de los circuitos RC está la propiedad de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo. Este mismo circuito tiene además una utilidad de regulación de tensión.755 Para el circuito RC Z= 100. reciben el nombre de filtros debido a que son capaces de filtrar señales eléctricas de acuerdo a su frecuencia.08716223 XL= 205. al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. y el filtro elimina banda. filtro paso bajo. Determine el valor de la impedancia para el circuito RC y RL R= 1kΩ XC= 10. filtro paso banda. como limitador de subidas y bajas bruscas de tensión con una configuración de ambos componentes en serie. o alternativamente.2747 x 10−3=205. f . y en tal caso se encuentran configuraciones en paralelo de ambos.En la ecuación: 4 Xl=w . L=2 π∗10 ∗¿ 3. Circuito RL .7691539Ω 8. ¿Qué utilidad tiene un circuito RC y RL? Circuito RC Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal. la resistencia y el condensador.7555 7. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto. .Realmente los circuitos RL no son muy utilizados porque es físicamente mas sencillo variar la capacidad de un condensador que la inductancia de una bobina. la bobina presenta una resistencia que también aumenta (reactancia inductiva). el henrio es una unidad difícil de manipular mientras que el capacitor (Faradio) solo con cambiar la distancia entre las placas ya se varia su capacidad Sugerencias y conclusiones En el circuito de corriente del condensador utilizado. El condensador en vez de poseer una resistencia efectiva. la corriente esta adelantada a la tensión aplicada en un ángulo de 90°. Bajo los efectos de corriente alterna cuando la frecuencia aumenta. posee una reactancia(capacitiva) que viene dada por las cocientes resultantes del valor eficaz de tensión y el valor eficaz de corriente.
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