El objetivo principal de este experimento es medir de manera experimental la diferencia de fase y determinar el ángulo de fase entre la corriente y la tensión en un circuito RC en serie.
A través de la configuración del circuito y la aplicación de una señal senoidal, se espera observar y graficar las señales eléctricas, lo que permitirá analizar la interacción entre la resistencia y la reactancia capacitiva.
Este tipo de circuito, que combina una resistencia y un condensador, permite conocer fenómenos como la diferencia de fase entre el voltaje resistivo (VR) y el voltaje capacitivo (VC), así como la relación entre la tensión aplicada y la corriente que fluye a través del circuito
El primer paso fue armar el circuito según el esquema proporcionado en la Fig. 1. Este circuito se alimentó con una onda senoidal de 1 kHz y una tensión de 5V. La configuración precisa del circuito es crucial para asegurar mediciones exactas y confiables.
medición y Observación: Una vez armado el circuito, se conectaron las señales VR y VC a los canales respectivos del osciloscopio. Se graficaron las dos señales para observar la diferencia de fase entre ellas. La diferencia de fase se puede ver en el desplazamiento entre las dos ondas senoidales en la pantalla del osciloscopio. Es fundamental asegurarse de la correcta polaridad de las puntas y de la configuración adecuada del osciloscopio.
Para profundizar en el análisis del comportamiento del circuito, se realizaron una serie de preguntas teórico-prácticas. En primer lugar, se analizó qué ocurre con el ángulo de fase ϕ si la resistencia R es mucho mayor que la reactancia capacitiva (R>>Xc). En este caso, el circuito se comporta predominantemente como resistivo y el ángulo de fase ϕ tiende a 0°, lo que indica que la corriente y el voltaje están casi en fase. Por otro lado, si la resistencia R es mucho menor que la reactancia capacitiva Xc, el circuito se comporta como capacitivo y el ángulo de fase ϕ tiende a 90°, significando que la corriente adelanta al voltaje en aproximadamente 90°.
Para un capacitor determinado, la reactancia capacitiva Xc se puede ajustar modificando la frecuencia de la señal aplicada. Para aumentar Xc, se debe disminuir la frecuencia f, mientras que para disminuir Xc, se debe aumentar la frecuencia f. La fórmula utilizada para calcular Xc es =12 Xc=1/2πfC Con un capacitor de C=0.0068µF y una frecuencia de f=12.50kHz, la reactancia capacitiva Xc del circuito se calculó aproximadamente en 1.87 Ω.
Finalmente, para determinar la diferencia de fase entre las señales de voltaje utilizando las figuras de Lissajous, se graficaron las señales en el osciloscopio. El patrón resultante depende de la diferencia de fase entre las señales. Si la figura es una línea inclinada, la diferencia de fase es 0°, mientras que si es un círculo, la diferencia de fase es 90°. El ángulo de fase ϕ se puede calcular mediante la relación de las elipses formadas por las señales, usando la fórmula ϕ=sin^-1(Ax/Ay), donde Ay es la amplitud vertical y Ax es la amplitud horizontal de la figura de Lissajous. Este método proporciona una medida visual y precisa de la diferencia de fase entre las señales de voltaje.
Acoplamiento de la Entrada: Se examinó también el efecto del acoplamiento de la entrada del osciloscopio (DC, AC, GND). El acoplamiento DC permite pasar la señal tal como viene, el acoplamiento AC bloquea la componente continua, y el acoplamiento GND desconecta la señal de entrada. Estas configuraciones son importantes para observar cómo diferentes componentes afectan la señal medida.