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Ecuaciones del Circuito RC
Instrucciones
- Haga clic en "Cargar" para conectar el condensador a la fuente de voltaje
- Haga clic en "Descargar" para desconectar la fuente y descargar a través de la resistencia
- Observe cómo el voltaje y la corriente cambian exponencialmente con el tiempo
- La constante de tiempo τ = RC determina la velocidad de carga/descarga
- Después de 5τ, el condensador está cargado o descargado al 99.3%
- Cambie entre diagrama del circuito, curvas y vista comparativa
¿Qué es Carga/Descarga del Condensador?
Un condensador es un componente eléctrico que almacena energía en un campo eléctrico. Cuando se conecta a una fuente de voltaje a través de una resistencia, se carga exponencialmente a medida que la carga se acumula en sus placas. El voltaje a través del condensador aumenta hasta que iguala el voltaje de la fuente. Cuando se desconecta de la fuente y se conecta a una ruta de descarga, la carga almacenada fluye, causando que el voltaje decaiga exponencialmente.
Proceso de Carga
Durante la carga, la carga en el condensador sigue q(t) = Q₀(1 - e^(-t/RC)), donde Q₀ = CV₀ es la carga máxima. Inicialmente, el condensador actúa como un cortocircuito, y fluye la corriente máxima I₀ = V₀/R. A medida que la carga se acumula, el voltaje a través del condensador se opone al voltaje de la fuente, reduciendo la corriente. Después de una constante de tiempo τ = RC, el condensador alcanza el 63.2% de su carga final. Después de 5τ, está efectivamente completamente cargado (99.3%).
Proceso de Descarga
Durante la descarga, el condensador actúa como fuente de voltaje. La carga sigue q(t) = Q₀·e^(-t/RC), comenzando desde su carga inicial Q₀ y decaiendo a cero. La corriente fluye en la dirección opuesta durante la descarga. El voltaje a través del condensador disminuye como V(t) = V₀·e^(-t/RC). La descarga sigue la misma constante de tiempo exponencial τ = RC, con 63.2% de la carga desaparecida después de una constante de tiempo.
Constante de Tiempo
La constante de tiempo τ = RC es la escala de tiempo característica del circuito. Una τ más grande significa una carga/descarga más lenta. En t = τ, el condensador ha alcanzado el 63.2% de su valor final durante la carga, o ha perdido el 63.2% de su carga inicial durante la descarga. En t = 5τ, el proceso está 99.3% completo, considerado completamente cargado o descargado para la mayoría de los propósitos prácticos. El producto RC tiene unidades de segundos cuando R está en ohmios y C en faradios.
Almacenamiento de Energía
Un condensador cargado almacena energía en su campo eléctrico, dada por E = ½CV² = q²/(2C). Esta energía es suministrada por la fuente de voltaje durante la carga (mitad almacenada en el condensador, mitad disipada en la resistencia). Durante la descarga, esta energía almacenada se libera, principalmente como calor en la resistencia. Esta propiedad de almacenamiento de energía hace que los condensadores sean útiles en fotografía con flash, desfibriladores, fuentes de alimentación y muchas otras aplicaciones.
Aplicaciones
Los circuitos RC con condensadores tienen numerosas aplicaciones: circuitos de temporización y retrasos en electrónica; filtros en sistemas de audio y radio; suavizado de fuente de alimentación; unidades de flash de cámara; desfibriladores; almacenamiento de energía en frenado regenerativo; pantallas táctiles y sensores táctiles; acoplamiento y desacoplamiento en amplificadores; circuitos de muestreo y retención; y como elementos de memoria en computadoras tempranas. El comportamiento de carga/descarga exponencial es fundamental para comprender el análisis transitorio en circuitos eléctricos.