El condensador como almacén de energía
Programas: AP2, A-level, Tle, Sek I/II
Objetivo¶
Comprobar que un condensador cargado almacena energía y puede alimentar una bombilla.
El montaje¶
Una fuente de 6 V, un interruptor (cerrado), una resistencia de 10 Ω y un condensador de 0,47 F en serie (una capacidad así corresponde a un supercondensador: un conjunto de celdas de baja resistencia interna, previsto para 6 V o más); en paralelo con el condensador — una bombilla de 6 V / 0,5 W y un voltímetro. Al abrirse la práctica, el condensador está descargado y empieza a cargarse.
Procedimiento¶
- Espere unos 20 s hasta que la lectura del voltímetro deje de subir, y anótela.
- Abra el interruptor y observe la bombilla y el voltímetro.
- Calcule la energía almacenada \(W = C \cdot U^2 / 2\) a partir de la tensión del paso 1.
Resultado esperado
Tras abrirse la práctica, la bombilla va brillando más a medida que el condensador se carga; tras 15–20 s la tensión en él se estabiliza en unos 5,2 V — parte de la tensión cae en la resistencia de 10 Ω. Tras abrir el interruptor, la bombilla no se apaga de golpe, sino que se va atenuando poco a poco durante alrededor de medio minuto: la alimenta el condensador, y la tensión en él baja. La energía almacenada es de unos 0,47 · 5,2² / 2 ≈ 6,3 J.
Preguntas¶
- ¿De dónde sale la energía cuando el interruptor está abierto?
- ¿Cómo cambiará el tiempo de encendido si usa un condensador del doble de capacidad?
Respuestas
- Del campo eléctrico del condensador cargado. Mientras el interruptor estaba cerrado, la fuente almacenó en él unos 6,3 J; tras abrir el interruptor, el condensador se descarga a través de la bombilla, y su tensión baja a medida que esa energía se convierte en calor y luz en el filamento.
- El tiempo de encendido se duplica, hasta alrededor de un minuto. A los mismos 5,2 V el condensador almacena el doble de energía, unos 12,7 J, y la bombilla consume la misma corriente a cada tensión, así que la tensión baja la mitad de deprisa; la carga del paso 1 también tarda el doble.