I condensatori
I condensatori sono fra i componenti più utilizzati nei circuiti elettronici. In funzione della tecnologia costruttiva e degli impieghi specifici, i condensatori si presentano nelle forme più diverse, dai grossi contenitori cilindrici degli elettrolitici da 10.000 e più µF alle minuscole pastiglie dei condensatori ceramici o alla forma a goccia di quelli al tantalio.
Si definisce condensatore o capacitore un sistena fisico formato da due lastre piane, dette armature del condensatore, cariche di segno opposte; esso ha la funzione di immagazzinare la carica energetica di un normale campo magnetico, accumulando di conseguenza al suo interno una quantità di carica elettrica, che verrà sprigionata nel caso di assorbimenti di picco del circuito. L'energia che esso immagazina è detta energia potenziale, che è uguale al lavoro necessario per caricarlo.
L' unità di misura di un condenatore, è il Farad F (il nome deriva da quello di Michael Faraday), ma poiché il farad è un' unità di misura molto grande, i valori dei condensatori comunemente utilizzati in elettronica si esprimono in microfarad (µF), nanofarad (nF), o picofarad (pF), ed il loro simbolo elettrico varia a seconda del tipo di condensatore.
Principio di funzionamento:
Per capire chiaramente il funzionamento del capacitore, è necessario prima riferirci al modello di condensatore e poi estenderne i concetti al condensatore reale.
Abbiamo già avuto modo di intuire che il funzionamento di un condensatore può essere suddiviso in due principali fasi:
1. La fase di carica: in cui il condensatore "accumula" o "immagazzina" la carica all'interno delle sue armature, fino al raggiungimento della sua Capacità massima, ovvero la quantità di carica che le armature possono sopportare.
2. La fase di scarica: in cui il condensatore "rilascia" la carica trattenuta al suo esterno. Questa operazione è molto pericolosa soprattutto se il capacitore è molto potente, in quanto l'operazione avviene ad alta tensione. Questo è il motivo per cui i condensatori reali sono protetti all'interno di contenitori di alluminio.
Prendiamo in esempio la figura sovrastante. Sappiamo che la corrente è un flusso di cariche compiono un movimento in una certa direzione. Supponiamo perciò che il flusso di cariche (positive e negative) arrivi su una delle due armature, quella di sinistra, ad esempio.
Quando le cariche arrivano sull'armatura si accumulano sulla sua superficie, distribuendosi in maniera abbastanza uniforme, se la superficie è a sua volta uniforme. Dal momento che in natura le cariche positive e le cariche negative si respingono, le cariche negative (o quelle positive, dipende da numerosi fattori) vengono "respinte" sull'altra armatura, che naturalmente si carica negativamente (-Q).
Possiamo immaginare che il processo avvenga come se qualcuno "sottraesse" la carica negativa da una delle armature e per portarla sull'altra armatura.
Nel momento in cui tutte le cariche negative si posizionano sull'armatura -Q, ovvero quando la quantità di carica positiva +Q raggiunge la stessa quantità di carica negativa -Q, si dice che il condensatore è completamente carico. Raggiungendo questo stato di carica (+Q,-Q) sulle sue armature, si dice anche che il condensatore sia portato in "equilibrio elettrostatico", per cui le cariche restano ferme sulle due armature.
Ciò mostra chiaramente perché si parla di "immagazzinamento" di carica. Per chiarire ulteriormente e descrivere questo meccanismo usiamo la metafora del serbatoio d'acqua: immaginate di voler riempire d'acqua un serbatoio abbastanza grande. Il condensatore è il serbatoio, la carica è l'acqua. Così come l'acqua riempie il serbatoio, così la carica "riempie" il condensatore di carica.
Che succede una volta caricato il condensatore?
Una volta caricato, il condensatore può trattenere la carica per un intervallo di tempo stabilito per poi essere "svuotato" quando serve.
Di qui ne consegue la fase detta di scarica. La fase di scarica consiste le far fluire le cariche posizionate nella seconda armatura lungo il conduttore metallico a cui è collegata.
Abbiamo detto che il condensatore è in "equilibrio statico" quando raggiunge la sua carica massima. Per ottenere la scarica basta semplicemente creare uno squilibrio, ovvero sottrarre una quantità di carica dalla seconda armatura. Una volta creato lo squilibrio l'azione è piuttosto veloce e irruenta.
Riprendendo l'analogia del serbatoio, immaginate che una volta riempito d'acqua il serbatoio lo perforaste in un punto. L'acqua uscirebbe con una tale irruenza da non essere in grado di fermarla. Ecco cosa accade nella scarica. Ed ora capite anche il motivo di quanto sia pericolosa: immaginatela come una scarica elettrica molto forte.
Nel condensatore reale, il meccanismo è molto simile: la carica entra dal terminale positivo, e viene accumulata nel condensatore. Una volta raggiunto lo stato di carica massima, il condensatore "trattiene" la carica immagazzinata. Quando il condensatore è in fase di scarica la carica fluisce e viene espulsa dal terminale negativo.
Si definisce condensatore o capacitore un sistena fisico formato da due lastre piane, dette armature del condensatore, cariche di segno opposte; esso ha la funzione di immagazzinare la carica energetica di un normale campo magnetico, accumulando di conseguenza al suo interno una quantità di carica elettrica, che verrà sprigionata nel caso di assorbimenti di picco del circuito. L'energia che esso immagazina è detta energia potenziale, che è uguale al lavoro necessario per caricarlo.
L' unità di misura di un condenatore, è il Farad F (il nome deriva da quello di Michael Faraday), ma poiché il farad è un' unità di misura molto grande, i valori dei condensatori comunemente utilizzati in elettronica si esprimono in microfarad (µF), nanofarad (nF), o picofarad (pF), ed il loro simbolo elettrico varia a seconda del tipo di condensatore.
Principio di funzionamento:
Per capire chiaramente il funzionamento del capacitore, è necessario prima riferirci al modello di condensatore e poi estenderne i concetti al condensatore reale.
Abbiamo già avuto modo di intuire che il funzionamento di un condensatore può essere suddiviso in due principali fasi:
1. La fase di carica: in cui il condensatore "accumula" o "immagazzina" la carica all'interno delle sue armature, fino al raggiungimento della sua Capacità massima, ovvero la quantità di carica che le armature possono sopportare.
2. La fase di scarica: in cui il condensatore "rilascia" la carica trattenuta al suo esterno. Questa operazione è molto pericolosa soprattutto se il capacitore è molto potente, in quanto l'operazione avviene ad alta tensione. Questo è il motivo per cui i condensatori reali sono protetti all'interno di contenitori di alluminio.
Prendiamo in esempio la figura sovrastante. Sappiamo che la corrente è un flusso di cariche compiono un movimento in una certa direzione. Supponiamo perciò che il flusso di cariche (positive e negative) arrivi su una delle due armature, quella di sinistra, ad esempio.
Quando le cariche arrivano sull'armatura si accumulano sulla sua superficie, distribuendosi in maniera abbastanza uniforme, se la superficie è a sua volta uniforme. Dal momento che in natura le cariche positive e le cariche negative si respingono, le cariche negative (o quelle positive, dipende da numerosi fattori) vengono "respinte" sull'altra armatura, che naturalmente si carica negativamente (-Q).
Possiamo immaginare che il processo avvenga come se qualcuno "sottraesse" la carica negativa da una delle armature e per portarla sull'altra armatura.
Nel momento in cui tutte le cariche negative si posizionano sull'armatura -Q, ovvero quando la quantità di carica positiva +Q raggiunge la stessa quantità di carica negativa -Q, si dice che il condensatore è completamente carico. Raggiungendo questo stato di carica (+Q,-Q) sulle sue armature, si dice anche che il condensatore sia portato in "equilibrio elettrostatico", per cui le cariche restano ferme sulle due armature.
Ciò mostra chiaramente perché si parla di "immagazzinamento" di carica. Per chiarire ulteriormente e descrivere questo meccanismo usiamo la metafora del serbatoio d'acqua: immaginate di voler riempire d'acqua un serbatoio abbastanza grande. Il condensatore è il serbatoio, la carica è l'acqua. Così come l'acqua riempie il serbatoio, così la carica "riempie" il condensatore di carica.
Che succede una volta caricato il condensatore?
Una volta caricato, il condensatore può trattenere la carica per un intervallo di tempo stabilito per poi essere "svuotato" quando serve.
Di qui ne consegue la fase detta di scarica. La fase di scarica consiste le far fluire le cariche posizionate nella seconda armatura lungo il conduttore metallico a cui è collegata.
Abbiamo detto che il condensatore è in "equilibrio statico" quando raggiunge la sua carica massima. Per ottenere la scarica basta semplicemente creare uno squilibrio, ovvero sottrarre una quantità di carica dalla seconda armatura. Una volta creato lo squilibrio l'azione è piuttosto veloce e irruenta.
Riprendendo l'analogia del serbatoio, immaginate che una volta riempito d'acqua il serbatoio lo perforaste in un punto. L'acqua uscirebbe con una tale irruenza da non essere in grado di fermarla. Ecco cosa accade nella scarica. Ed ora capite anche il motivo di quanto sia pericolosa: immaginatela come una scarica elettrica molto forte.
Nel condensatore reale, il meccanismo è molto simile: la carica entra dal terminale positivo, e viene accumulata nel condensatore. Una volta raggiunto lo stato di carica massima, il condensatore "trattiene" la carica immagazzinata. Quando il condensatore è in fase di scarica la carica fluisce e viene espulsa dal terminale negativo.