01 · Punto de partida
τ en acción, con cables
Conectás 12 V a 10k + 1000 µF descargado: la corriente arranca en 1,2 mA y el capacitor sube rápido al principio, lento después. A los 10 s (1τ) va por 7,6 V; a los 50 s (5τ) está en 12 V y la corriente murió. Esa película —rápida al inicio, eterna al final— es la exponencial, y este tema la cuantifica instante por instante.
Y al desconectar la fuente y puentear, la película corre al revés: descarga sobre R hasta cero.
- ¿Cuánto vale Vc en cada múltiplo de τ?
- ¿Qué hace la corriente mientras tanto?
- ¿A dónde va la energía al descargar?
- ¿Cómo mido una curva con un multímetro lento?
02 · Carga
Subida que se agota
Al inicio el capacitor vacío es un corto (toda la fuente sobre R: I0 = Vs/R); al final es un abierto (toda la fuente sobre C: Vc = Vs). En el medio, la exponencial:
| t | Vc | I | Estado |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 V | 1,20 mA | Corto inicial |
| 1τ (10 s) | 7,6 V | 0,44 mA | 63 % cargado |
| 2τ (20 s) | 10,4 V | 0,16 mA | 86 % |
| 5τ (50 s) | 11,9 V | ≈ 0 mA | Listo: abierto |
KVL en todo instante: Vs = V_R + Vc (12 = 4,4 + 7,6 a 1τ). La exponencial reparte, KVL audita.
03 · Descarga
La película al revés
Capacitor a V0 conectado solo a R: Vc = V0·e^(−t/τ), I = −(V0/R)·e^(−t/τ) (sale al revés). La energía guardada (½CV²) se quema íntegra en R: la descarga es un calefactor breve.
Carga (con fuente)
Vc sube a Vs
La fuente entrega el doble de lo guardado: mitad queda en C, mitad calienta R. Eficiencia 50 % inevitable.
Descarga (sin fuente)
Vc baja a 0
Todo lo guardado calienta R. Sin fuente no hay mitades: el 100 % termina en calor.
04 · Medir la curva
Multímetro lento, curva lenta a propósito
- Elegir τ visible
- τ ≥ 2 s para leer a ojo (10k × 1000 µF = 10 s). τ de ms solo se ven con osciloscopio (curso 4): no pelear contra el instrumento.
- Muestrear por τ
- Anotar Vc en 0, 1τ, 2τ, 3τ, 5τ con cronómetro: 5 puntos dibujan la curva (Tema 32). Paciencia de laboratorio.
- El multímetro carga poco
- Sus 10 MΩ en paralelo con R de kΩ no alteran nada. Con R de MΩ sí: elegir R de muestreo ≪ 10 MΩ.
- LED testigo (opcional)
- LED + R en paralelo con C: brilla fuerte al inicio de la descarga y se apaga siguiendo la curva. Cualitativo pero inolvidable.
05 · Curva en código
Tabla y dibujo ASCII de la exponencial
Generar la curva completa de carga y descarga, con gráfico de texto incluido:
Python en tu navegador. Cambiá Vs, R y C, y ejecutá: compará tu mesa contra la tabla.
import math
def curva_rc(vs, r_ohm, c_uF, descarga_desde=None):
tau = r_ohm * c_uF * 1e-6
v0 = descarga_desde if descarga_desde is not None else vs
modo = "DESCARGA" if descarga_desde is not None else "CARGA"
print(f"{modo}: Vs={vs} R={r_ohm} C={c_uF}uF tau={tau:.1f}s")
for n in [0, 1, 2, 3, 5]:
vc = v0 * math.exp(-n) if descarga_desde is not None else vs * (1 - math.exp(-n))
i = abs(vs - vc) / r_ohm if descarga_desde is None else vc / r_ohm
barra = "#" * round(vc / vs * 20)
print(f" {n}tau: Vc={vc:5.2f}V I={i*1000:5.2f}mA |{barra}")
return tau
curva_rc(12, 10000, 1000)
curva_rc(12, 10000, 1000, descarga_desde=12)
Probá curva_rc(9, 1000, 100): ¿τ? ¿Vc a 2τ? ¿I inicial?
Comparador carga vs descarga
Misma τ, espejos perfectos (uno sube lo que el otro baja):
import math
for n in [0, 1, 2, 5]:
sube = 1 - math.exp(-n)
baja = math.exp(-n)
print(f"{n}tau: carga {sube*100:.1f}% | descarga {baja*100:.1f}% | suma {(sube+baja)*100:.0f}%")
06 · Analogía programador
Llenado con backpressure
- 1Llenar un buffer.
Al inicio acepta todo (corto); lleno, rechaza todo (abierto). La tasa decae exponencialmente: backpressure natural.
- 2Drenar el buffer.
Descarga: throughput proporcional al nivel restante. Vaciar los últimos bytes cuesta tanto como los primeros.
- 3Muestreo lento.
Medir cada τ es samplear la curva: 5 muestras bastan para reconstruirla (Nyquist casero).
07 · Exploración
Laboratorio: curva a pedido
Fijá Vs, R y C: el laboratorio calcula τ, I inicial, Vc en 1τ/2τ/5τ y dice si la curva se puede seguir a ojo con multímetro.
Carga RC en vivo
Vc = Vs(1−e^−t/τ)
12 V, 10k, 1000 µF: τ 10 s, listo en 50 s.
Preguntas para explorar
- Con R 1k y C 100 µF: ¿τ? ¿Se puede seguir a ojo?
- ¿Qué cambia en la tabla si Vs pasa de 12 a 5 (misma R y C)?
- ¿Por qué I inicial no depende de C?
Ver respuestas sugeridas
- τ = 0,1 s, listo en 0,5 s: no a ojo (multímetro + cronómetro no alcanzan). Para verla, subir a τ ≥ 2 s.
- Solo la escala (amplitud): los tiempos y porcentajes son idénticos. τ manda el ritmo, Vs el destino (Tema 29).
- Porque al inicio C es un corto: I0 = Vs/R, sin C en la cuenta. C decide cuánto dura, no cómo arranca.
08 · Comprensión
Confusiones frecuentes
«Carga lineal hasta Vs»
No: rápida al inicio, eterna al final. Suponer linealidad sobrestima el progreso intermedio (a 1τ falta 37 %, no 0 %).
«A 5τ llega exacto»
Llega al 99,3 %: falta 0,7 % que la exponencial nunca entrega del todo. 5τ es “listo práctico”, no matemático.
«La corriente es constante durante la carga»
Decae con la misma exponencial: I0 al inicio, ~0 al final. Corriente constante solo con fuente de corriente (curso 3).
«Descargo por donde cargué»
Se puede, pero lo normal es descargar sobre su propia R (o la de trabajo). Por donde salga, R la convierte en calor: elegir R de descarga consciente.
09 · Práctica guiada
Ejercicios de curva
Ejercicio 1: tabla 9 V
9 V, 4k7, 470 µF. Calculá τ, I0, Vc a 1τ y 5τ a mano; verificá con curva_rc().
Ver solución razonada
τ = 4700 × 470 µF ≈ 2,2 s; I0 = 9/4700 ≈ 1,9 mA; Vc(1τ) ≈ 5,7 V; Vc(5τ) ≈ 8,9 V. Medible a ojo con cronómetro.
Ejercicio 2: descarga anotada
Capacitor a 12 V descargando en 10k. ¿Vc a 1τ y 3τ? ¿I inicial? ¿Dónde termina la energía?
Ver solución
Vc(1τ) ≈ 4,4 V, Vc(3τ) ≈ 0,6 V; I0 = 1,2 mA; toda la E (½CV²) calienta la R. Sin fuente no hay mitades.
Ejercicio 3: diseñar lo visible
Querés 5τ ≈ 10 s con C = 1000 µF. ¿R? ¿I0 con 9 V? ¿P inicial en R? ¿Aguanta 1/4 W?
Ver solución
τ = 2 s → R = 2/1 mF = 2 kΩ → 2,2k (τ 2,2 s, 5τ 11 s ✓). I0 = 9/2200 ≈ 4,1 mA; P0 = 37 mW (15 % de 1/4 W): holgada.
10 · Síntesis
Ideas para recordar
- Carga: Vc sube a Vs, I cae a 0; descarga: Vc cae a 0 sobre R.
- 1τ = 63 %, 5τ = listo; KVL vale en cada instante.
- Cargar por R pierde la mitad en calor; descargar quema todo en R.
- τ ≥ 2 s para ver a ojo; muestrear en múltiplos de τ.
curva_rc()predice la tabla que el cronómetro verifica.
RC dominado en el tiempo. Ahora, su dual con inercia: en el próximo tema, RL que establece corriente.