Desfase

Programas: Sek II

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Objetivo

Observar el desfase entre la corriente y la tensión en un condensador.

El montaje

Fuente: senoidal, amplitud 5 V, 100 Hz. Un condensador de 10 µF y un shunt de 10 Ω en serie; la tensión en el shunt es proporcional a la corriente. Osciloscopio: CH1 — la fuente (2 V/div), CH2 — el shunt (0,1 V/div), modo DUAL, 2 ms/div.

Procedimiento

1. Compare las posiciones de los máximos de las dos senoides.
2. Mida el desplazamiento temporal y conviértalo a grados: \(360^\circ \cdot \Delta t / T\).
3. En el menú de la pantalla del osciloscopio, seleccione el modo X-Y.

Resultado esperado

El periodo es de 10 ms — 5 divisiones. La corriente (CH2) adelanta a la tensión casi un cuarto de periodo — unos 2,4 ms, casi 90°: además de la capacidad, el circuito contiene el shunt y la resistencia interna de la fuente. La amplitud en el shunt es de unos 0,31 V. En el modo X-Y se obtiene una elipse con los ejes casi alineados con la cuadrícula.

Preguntas

1. ¿Por qué la corriente en un condensador adelanta a la tensión?
2. ¿Qué aspecto tendrá la figura X-Y si se sustituye el condensador por una resistencia?
3. ¿Cómo cambiará el desfase si se usa una bobina en lugar del condensador?

Respuestas

1. La corriente es la rapidez con la que la carga llega a las placas, y la tensión es proporcional a la carga, \(U = Q / C\). Por tanto, la corriente es máxima cuando la tensión cambia más deprisa, al pasar por cero, y nula cuando la tensión está en su máximo y deja de cambiar por un instante, así que la corriente alcanza su máximo un cuarto de periodo antes: 2,5 ms a 100 Hz. En el banco son 2,4 ms porque \(X_C\) ≈ 159 Ω está en serie con el shunt de 10 Ω y la resistencia interna de 0,5 Ω de la fuente.
2. En una resistencia la corriente y la tensión están en fase, así que la elipse se reduce a una recta que pasa por el centro y sube hacia la derecha. Su inclinación depende de la resistencia y de las escalas de los canales.
3. La corriente se retrasaría respecto a la tensión: los máximos de CH2 llegarían después de los máximos de CH1 con un retraso algo menor que un cuarto de periodo, casi 90°. En una bobina la f.e.m. autoinducida se opone al cambio de la corriente, así que la corriente alcanza su máximo solo después de que la tensión haya pasado por el suyo; la resistencia del devanado, el shunt y la resistencia interna mantienen el ángulo por debajo de 90°.