Cos’è un condensatore?

Cos’è un condensatore?

16 Giugno 2015 0 Di Admin A.

Innanzitutto, per poter parlare del condensatore, è utile conoscere le definizioni di regime stazionario e regime dinamico.

 

Può essere definito “condensatore” un qualsiasi dispositivo capace di immagazzinare per un tempo definito una determinata quantità di cariche elettriche, per poi rilasciarle in successivo intervallo di tempo.

 

 

Com’è fatto

 

In linea di massima, un condensatore può essere rappresentato come in questa immagine:

 

 

Condensatore

 

 

Uno strato di materiale isolante (chiamato Dielettrico) incamerato tra due piaste di materiale conduttivo (chiamate Armature).

I due conduttori che si estendono ortogonalmente alle armature sono i cosiddetti “poli“, tramite il quale il condensatore si collega ad una rete elettrica.

 


 

Da questo schema, deduciamo che i parametri fisici che servono a descrivere un condensatore sono:

 

-Dimensioni (e quindi area) del dielettrico

-Dimensioni (e quindi area) delle armature

 

da cui si ottiene, per riflesso, un altro parametro non meno importante: la distanza tra le armature.

 

 

Questi parametri ci danno la possibilità di ricavare il parametro principale che caratterizza un dispositivo di tal genere:

la capacità  (indicata con Q), ovvero la quantità di cariche accumulabili sulle armature.

 

 

La capacità 

 

E’ un valore proporzionale alla tensione al quale viene sottoposto il condensatore. Precisamente:

 

$$ C = Q /{ΔV}$$

 

 

Con semplici passaggi matematici otteniamo dunque:

 

$$ Q = C * {ΔV}  e  {ΔV} = Q/C$$

 

 

Da queste relazioni possiamo ricavare le espressioni specifiche per i vari tipi di geometrie dei condensatori (condensatori sferici, cilindrici, piani ecc..), ma affronteremo questo argomento in un prossimo articolo.

 

 

 

Come funziona?

 

Sottoponendo il condensatore ad una differenza di potenziale, sulle armature si depositano delle cariche che indichiamo con la lettera “Q“.

 

Come sappiamo, esistono cariche positive e cariche negative, dunque:  se sulla prima armatura si deposita una carica “+Q,  sull’armatura opposta si depositerà una carica “-Q“.

 

Questa fase è detta  carica del condensatore.

 

 

Per spiegare la comparsa di cariche di segno opposto sull’armatura opposta, si è soliti usare questa espressione:

 

” Come se qualcuno avesse trasportato la carica -Q attraverso il dielettrico fino a farla arrivare sull’armatura opposta”

 

Approfondiremo poi questo concetto in un altro articolo.

 

 

 

Carica del condensatore:

 

Consideriamo un circuito che viene chiamato RC -serie”.

 

 

Circuito RC-serie

 

Le condizioni iniziali del circuito, prevedono l’interruttore aperto, quindi una differenza di potenziale nulla. Ai capi del condensatore, pertanto, quest’ultimo risulta inizialmente scarico.

 

 

 

 

 

Come di consueto, supponiamo che l’istante iniziale sia “t”, e nel tempo infinitesimo dt, una carica infinitesima “dQ”  passa dal generatore alle armature del condensatore.

 

Ciò implica la generazione di una corrente il cui valore è dato dalla formula:

 

$$ I = {dQ}/{dt}$$

 

 

Applicando la nota legge di Ohm alla rete, si ricava che ai capi del resistore sussiste una differenza di potenziale pari a:

 

$$ E – {V(t)} = I • R$$

 

dove con E si indica la tensione fornita dal generatore.

 


 

Ora, ricordando le relazioni che legano Capacità a Tensione e Carica, ricaviamo il parametro Q(t) e poniamo la relazione appena trovata nel modo seguente:

 

$$ E – {Q(t)}/C = R • {{dQ}/{dt}} $$

 

Tutto ciò è utile per poter ricavare “dt  che assume quindi questa forma:

 

$${dt}= {{RC} • {dQ}}/{{EC}-Q}$$

 


 

A questo punto, uno dei metodi basilari della risoluzione del calcolo integrale e alcune semplificazioni, ci permetteranno di ottenere il valore finito di Q(t), fornendoci dunque l’equazione caratteristica della carica di un condensatore:

 

$${Q(t)}={EC} • {(1-{e^{-t/τ})}$$

 

dove τ= RC è detta costante di tempo del circuito.

 


 

Con un analogo ragionamento, si giunge alla relazione che governa la scarica del condensatore, che è data da:

 

$${I(t)}= {V_0}/{R} • e^{-t/τ}$$

 

dove τ è sempre la costante temporale del circuito.

 


 

I tipi di Condensatore :

 

condensatori

Esistono in commercio svariati tipi di condensatore, ognuno con delle specifiche proprietà:

 

-in Poliestere

-in Ceramica

-a Film

-Elettrolitici

 

 

 

 

Questi sono i più diffusi, ma ne esistono anche altri.

Si differenziano tra loro per il range di frequenze a cui operano, il voltaggio e le capacità.

 


 

Inoltre ci sono tipi di condensatore, più adatti di altri,  per ogni applicazione:

 

condensatore a film

 

 

1)I condensatori a film sono ideali per quelle applicazioni che necessitano di capacità elevate, in spazi ridotti. Infatti sono costituiti da due lamine  molto sottili  di materiale conduttore avvolte tra di loro e separate da un’altra lamina di materiale isolante. Questo processo consente di creare condensatori di svariate dimensioni, anche molto piccole, mantenendo valori importanti di capacità.

 

 

Risultati immagini per condensatore elettrolitico

 

 

 

2)I condensatori elettrolitici sono tra quelli che permettono le capacità più elevate. Capacità con le quali, quelli a film, assumerebbero dimensioni improponibili.

 

 

 

 

Risultati immagini per condensatore ceramico

 

 

 

3)I condensatori in ceramica vengono utilizzati nei circuiti oscillanti o in applicazioni dove si richiede un’alta precisione, in quanto la loro costituzione gli permette di mantenere un livello di carica stabile e di ridurre al minimo le perdite.

 

 

 

 

Risultati immagini per condensatore in poliestere

 

 

 

4)I condensatori in poliestere, infine, con un range di tensioni fino a 1000v , seppur con valori di capacità bassi, sono perfetti nelle applicazioni a basse frequenze.

 

 

 

 

 


 

Utilizzi del condensatore

 

Oggi il condensatore si trova in numerosissime applicazioni: la sua particolare caratteristica lo rende ottimo per la funzione di “filtro” e per questo è molto utilizzato nelle applicazioni che riguardano gli impianti audio e sonori.

 

Il condensatore viene anche usato in quei casi dove occorre un picco di corrente per poter avviare, ad esempio, un cinematismo o un motore. Trova applicazione nei circuiti di risonanza, e quindi di sintonizzazione dei canali tv o radio.

 

E’ utilizzato anche per ottemperare al problema del rilassamento (come carico in controfase).

 

condensatore su scheda

 

 

Insomma il condensatore è un dispositivo dalle mille applicazioni che al giorno d’oggi si trova praticamente ovunque.

 


elettronica

 

 

 

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