Comprende la idea
Antes de empezar: Ley de Ohm, condensadores, exponenciales y unidades.
Un circuito con resistencia R positiva y condensador C positivo presenta una escala temporal τ = RC. Sus unidades son segundos porque . La constante de tiempo describe la rapidez del proceso, no el momento en que termina exactamente.
Carga desde cero
Para una fuente ideal constante Vs conectada mediante R a un condensador inicialmente descargado, vC(t) = Vs(1 − exp(−)) para . La corriente de carga es (Vs/R)exp(−) con la referencia hacia el condensador.
Al inicio, vC = 0 y la corriente es Vs/R. Conforme crece la tensión del condensador, disminuye la caída sobre la resistencia y por ello la corriente. En el límite de tiempo largo, vC se aproxima a Vs y la corriente a cero.
Descarga
Si el condensador empieza con y se descarga solo por R, vC(t) = V₀exp(−). Después de una constante de tiempo queda aproximadamente 36.8 % de . En la carga desde cero se alcanzó aproximadamente 63.2 % de Vs en ese mismo tiempo.
Una solución más general
Cuando el circuito equivale a una fuente constante V_final y una resistencia vista por el condensador, vC(t) = V_final + (V_inicial − V_final)exp(−). Esto exige identificar correctamente esa resistencia equivalente y el estado inicial.
¿A las cinco constantes de tiempo termina?
La exponencial no llega exactamente al límite en tiempo finito. A 5τ el error restante es aproximadamente 0.67 % del cambio total, útil para una tolerancia que admita ese error.
Vamos con un ejemplo
Con kΩ y μF, τ = s. Para carga desde cero con Vs = 5 V, a s: ≈ 3.16 V. A 5 s vale aproximadamente 4.97 V. El modelo supone fuente, resistencia y condensador ideales.
Conecta y aplica
Comprueba cualquier expresión RC en y cuando t crece mucho. Debe reproducir el estado inicial y el final previstos. Si una descarga comienza en cero pese a tener carga inicial, probablemente elegiste la fórmula de otro caso.
Un detalle que importa: En el exponente, debe ser adimensional. Usar 10 como valor de una resistencia de 10 kΩ sin convertir mientras C está en farads altera τ por un factor mil.
Ponlo a prueba
Con kΩ y μF, ¿cuánto vale τ?
Elige una respuesta para ver la explicación.
¿Necesitas ayuda con este tema?
Trabájalo paso a paso con un profesor de EATRYL. Consulta disponibilidad y costo para reforzar Circuito RC: comprender la constante de tiempo.
Consultar una clase sobre este tema