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condensatoriIl condensatore è un componente dei circuiti elettrici che ha come parametro elettrico prevalente la capacità elettrica (vedi nota 1).

In figura alcuni condensatori impiegati nei circuiti elettronici.

Impiego dei condensatori (alcuni casi)

Negli amplificatori audio ed in altre apparecchiature elettroniche viene collegato in serie per consentire il passaggio del segnale che è una tensione alternata) senza compromettere il funzionamento delle alimentazioni dei vari stadi dell'apparato.

Negli alimentatori viene aggiunto in parallelo dopo il raddrizzatore per smorzare, con la sua inerzia alle variazioni di tensione, le oscillazioni della componente alternata così da realizzare una alimentazione più "spianata", ovvero meno pulsante.

Nelle linee elettriche in corrente alternata viene usato per rifasare, ovvero per compensare la potenza induttiva dei motori e ridurre così la corrente in linea.

E poi filtri, oscillatori, limitatori di sovratensioni .....

 

La capacità elettrica rappresenta la proprietà di accumulare cariche elettriche in presenza di tensione; la quantità di carica accumulata vale:

Q=C*V

Q: quantità di carica elettrica in C (coulomb)

C: capacità del condensatore in F (farad)

V>Accumulando cariche elettriche in tensione accumula energia paria a:

WC=1/2*C*V2

condensatore1

W: energia in J (joule)

 

Come si comporta un condensatore in un circuito elettrico

Il dielettrico è un isolante per cui la corrente elettrica sembra non possa circolare nel condensatore, solo che ...

- se la corrente è continua, dopo che si è caricato all'accensione del circuito, si ha in effetti ha un vera interruzione, il circuito con il condensatore si comporta come un contatto aperto di un interruttore;

- se la corrente è alternata il condensatore si carica e si scarica continuamente per cui circola della corrente; a frequenza elevatissima il circuito con il condensatore si comporta come un contatto chiuso di un interruttore;

In termini molto semplificati si dice che il condensatore "blocca" la componente continua e "lascia passare" la componente alternata.

Il condensatore introduce nel circuito una inerzia alle variazioni di tensione; maggiore è la sua capacità, maggiore è la sua inerzia perchè è più grande l'energia da immettere o prelevare per una data variazione di tensone.

 

Cosa accade ad un condensatore quando viene collegato ad un generatore?

Una delle due armature accoglie cariche elettriche positive mentre l'altra armatura accoglie cariche negative nella stessa quantità (note 2 e 3).

L'accumulo di cariche elettriche avviene prelevando cariche da una armatura e spostandola sull'altra vincendo le forze elettrostatiche di attrazione e repulsione; vediamo il meccanismo:

1: all'inizio il condensatore è scarico, le due armature sono neutre (non c'é prevalenza di cariche negative su quelle positive); per caricarlo occorre fare diventare una armatura positiva e l'altra negativa spostando le cariche elettriche da una armature all'altra; per spostare le cariche elettriche si fa uso di un generatore di tensione che viene collegato al condensatore

2: dapprima il generatore preleva da un'armatura una carica elettrica positiva per posarla sull'altra armatura

- la prima armatura diventa negativa perchè ci sono cariche elettriche negative in eccesso

- la seconda armatura diventa positiva perchè ci sono le cariche elettriche positive appena arrivate;

3: successivamente il generatore sposta altra carica positiva dalla prima armatura per posarla sulla seconda però:

- la prima armatura, negativa, oppone una forza di attrazione alla carica negativa che si vuole allontanare

- la seconda armatura, positiva, oppone una foza di repulsione alla carica che si vuole aggiungere perché anch'essa positiva

tutto questo significa che ci vuole energia per spostare altra carica da una armatura all'altra; infatti il generatore deve vincere le forze di attrazione e repulsione e lo fa grazie alla sua forza elettromotrice;

4: si continua a spostare cariche elettriche quanto si vuole ma diventa sempre più difficile spostarle per l'effetto delle forze elettrostatiche di attrazione e repulsione di cui al punto 3 che diventano sempre più grandi poichè cresce la quantità cariche immagazzinata in ciascuna armatura;

5: ad un certo punto c'è il pareggio delle forze e non si riesce più a spostare cariche: la forza esercitata dal generatore per spostare altra carica è uguale alla forza di repulsione esercitata dalla carica già presente sull'armatura. Il pareggio delle forze significa che la tensione ai capi del condensatore è uguale alla tensione del generatore che ha provveduto a spostare le cariche elettriche

6: se si stacca il condensatore dal circuito, esso rimane carico, mantiene cioè le cariche elettriche fra le due armature perchè le cariche si attraggono reciprocamente ma non possono ricongiungersi perchè non c'è il conduttore che chiude il circuito; mantenendosi le cariche si mantiene anche la tensione (attenzione a toccare circuiti con condensatori, possono essere carichii anche a circuito spento e provocare scosse elettriche)

7: se il condensatore carico si collega ad un utilizzatore, esso scarica la propria energia sull'utilizzatore (poca roba ma sufficiente a fare scoccare scintille e provocare scosse ed esplosioni)

 

Si nota quindi quanto segue:

a) se la tensione di un condensatore è nulla, non ci sono cariche accumulate e nemmeno energia;

b) se c'è tensione allora ci sono cariche accumulate ed anche energia,

c'è accumulo di cariche positive dalla parte del polo più del generatore;

c) se la tensione aumenta allora il condensatore si carica e aumenta l'energia immagazzinata,

o, anche, se si aggiungono cariche elettriche allora il condensatore si sta caricando ed aumenta la tensione fra le armature

e la corrente di carica è entrante dalla parte dell'armatura positiva;

d) se la tensione diminuisce, allora il condensatore si scarica e diminuisce l'energia immagazzinata,

o, anche, se si sottraggono cariche elettriche allora il condensatore si sta scaricando e diminuisce la tensione fra le armature

e la corrente di scarica è uscente dalla parte dell'armatura positiva

 

Insomma: per caricare un condensatore occorre vincere le forze elettrostatiche, occorre cioé fare del lavoro corrispondente alla necessità si applicare una forza a delle cariche e spostarle.

A differenza di quanto avviene con un resistore (nota 4), questo lavoro non è perduto perché si conserva sotto forma di energia elettrostatica che può essere restituita al circuito elettrico; infatti: le cariche di segno opposto posizionate sulle due armature si attraggono (sono in tensione) e quindi, se si chiude un circuito fra le due armature senza generatore, potrà circolare una corrente (di scarica) che restituisce l'energia usata prima per caricarlo (senza nessuna perdita): per un po' di tempo il condensatore funziona proprio come un generatore.

 

Lo studio di un circuito con condensatore alimentato con una tensione elettrica a "gradino" permette proprio di osservare i transitori di carica e scaricai. Vedi qui.

 

Tipi di condensatori

I condensatori sono costruti con diverse tecnologie e diversi materiali che ne condizionano l'impiego.

per alte frequenze, alte capacità, uso in corrente alternata .. per cui se ne hanno diversi tipi e per esempio:

 

condensatore elettrolitico

condensatori elettrolitici 

- sono polarizzati cioè vanno collegati tenendo conto della polarità

- si usano per filtrare le componenti alternate di tensioni a bassa frequenza e per separarre i vari stadi un circuito elettronico se si inverte la polarità possono esplodere

I condensatori elettrolitici costruiti con fogli di metallo avvolti a sprale hanno effetti induttivi lche compromettono parte dell'effetto di filtraggio

 

  

condensatore ceramico

 

condensatori ceramici

spesso vengono inseriti in parallelo al condensatore elettrolitico per attenuare gli effetti induttivi di cui soffrono i condensatori elettrolitici .

 

 

condensatore ca

 

 

condensatore per corrente alternata

si usano per rifasare i circuiti in corrente alternata o per produrre sfasamenti necessari al funzionamento dei motori a induzione in impianti monofase

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Per approfondimento vedi anche qui.

 

Avvertenze di impiego

condensatore esploso

Tutti i condensatori hanno un limite di tensione di esercizio; superata quella tensione, anche per brevissimi intervalli di tempo, si ha la perforazione del dielettrico.

Se si supera la tensione per la quale sono stati fabbricati, i condensatori si possono danneggiare seriamente anche con rischio di corto circuiti ed esplosioni a danno delle apparecchiature, degli impianti e delle persone.

 

 

 

 

 

 

approfondimenti su principali parametri e grafici caratteristici

un altro articolo interessante: qui.

 

Note

nota 1): i condensatori non sono delle capacià "pure" a causa del fatto che materiali o aspetti geometrici introducono, accanto alla capacità, disturbi di carattere energetico. Questi effetti sono studiati introducendo nello schema equivalente del condensatore resistenze e induttanze, dette parassite, in serie o in parallelo per rappresentarne l'effetto nel circuito elettrico.

nota 2): togliere un elettrone (negativo) equivale, dal punto di vista dell'equilibio elettrico, ad aggiungere una carica elettrica positiva, e viceversa, indipendentemente da quale sia la carica che si muove (ammesso che ci sia qualcosa che si muova: siamo nel regno della meccanica quantistica!)

nota 3): c'è un principio di conservazione della carica elettrica che va rispettato: non si creano o si distruggono cariche elettriche, si possono solo spostare

nota 4): ricordo che il resistore trasforma l'energia elettrica in calore che non può essere restituito al circuito elettrico perché viene dissipato nell'ambiente.

nota 5): ricordo che la tensione è energia posseduta dall'unità di carica; è misurata in joule al coulomb che è nient'altro che il volt.

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