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Condensatore

Condensatore

Il condensatore è un dispositivo che serve ad accumulare e immagazzinare energia sotto forma di carica elettrica.

Fisica

Etichette

condensatore, voltaggio, carica, flash, treno, armamento, isolante, capacità, campo elettrico, corrente elettrica, energia, corrente alternata, intensità di corrente, circuito elettrico, alimentazione, izolator, corrente continua, elettro, elettrico, elettrodo, elettrone, fisica, circuito integrato, tecnica

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Scene

Principio di funzionamento

  • fonte di energia elettrica
  • condensatore - Un dispositivo che permette di immagazzinare carica elettrica, ovvero energia elettrica.
  • consumatore

Tipi di condensatori

  • supercondensatore - Condensatore elettrico a doppio strato. Ha una capacità migliaia di volte superiore a quella dei condensatori tradizionali. Viene utilizzato quando deve essere trasferita una grande quantità di carica elettrica in un brevissimo lasso di tempo. Ad esempio, per i flash delle fotocamere; per immagazzinare l'energia frenante nelle automobili, oppure per avviare il motore di una locomotiva. L'uso di tale tipo di condensatore sta diventando sempre più comune.
  • condensatore elettrolitico - In questo tipo di condensatore uno degli elettrodi è una lastra metallica. L'ossido di metallo che si forma sulla sua superficie funge da dielettrico, mentre l'altro elettrodo è un elettrolita liquido o un gel. I suoi principali campi di impiego sono le unità di alimentazione e le schede madri dei computer.
  • condensatore a mica - In questo tipo di condensatore il dielettrico posto tra le piastre è fatto in mica.
  • condensatore ceramico - Contiene un dielettrico ceramico. Questo tipo di condensatore è prodotto in grande quantità.

Struttura

Il condensatore è un dispositivo in cui l'energia può essere accumulata e immagazzinata sotto forma di carica elettrica.

Il condensatore più semplice è il condensatore piano costituito da due piastre metalliche parallele. Le piastre metalliche sono chiamate armature e funzionano come elettrodi. Gli elettrodi sono separati da un isolante chiamato dielettrico. Il suo ruolo è quello separare gli elettrodi e aumentare la capacità del condensatore, ovvero la quantità di carica elettrica che può essere accumulata dal condensatore.

Ricarica

  • armature - Elettrodi metallici di grande superficie.
  • dielettrico - Un materiale isolante che separa gli elettrodi. È in grado di aumentare la capacità di immagazzinare carica elettrica. Può essere caratterizzato dalla sua permittività elettrica. Questa costante è uguale al rapporto tra la quantità di carica elettrica immagazzinata da un condensatore utilizzando tale dielettrico, rispetto a quella di un condensatore simile in cui il dielettrico è uno spazio vuoto.
  • linee del campo elettrico - Linee immaginarie, utilizzate per illustrare la struttura del campo elettrico. La densità delle linee indica l'intensità del campo elettrico.
  • carica (Q)
  • tensione (U)
  • capacità (C)
  • C=Q/U

Il condensatore può essere caricato utilizzando una fonte esterna di elettricità. Durante questo processo le cariche negative migrano da un elettrodo all'altro. A causa della differenza di carica si forma un campo elettrico, e quindi si forma una tensione tra i due elettrodi.

La tensione tra le due piastre dipende dal lavoro necessario per spostare un'unità di carica da una piastra all'altra nel campo elettrico.

Superficie delle armature

  • carica (Q)
  • tensione (U)
  • capacità (C)
  • C=Q/U

La capacità di un condensatore, ovvero la quantità di carica che questo può immagazzinare, dipende da diversi fattori come la forma, la dimensione e la distanza tra le armature e il materiale del dielettrico. La capacità non si riferisce solo alla quantità di carica che esso può contenere, ma anche alla tensione necessaria per immagazzinare una certa quantità di carico.

Dato che la tensione tra le armature è direttamente proporzionale alla quantità di carica che esse possono immagazzinare, pertanto il quoziente di queste è costante. Questo quoziente è chiamato capacità, ovvero: C=Q/U

La capacità di un condensatore può essere aumentata in vari modi. Un modo per aumentarla è quello di aumentare la superficie delle armature.
La capacità è direttamente proporzionale alla superficie delle armature: se la superficie delle armature viene raddoppiata, anche la capacità è la doppia.

Distanza tra le armature

  • carica (Q)
  • tensione (U)
  • capacità (C)
  • C=Q/U

Un altro modo per aumentare la capacità del condensatore è quello di diminuire la distanza tra le armature. In questo modo la tensione diminuisce, ma la quantità di carica rimane la stessa.

Dielettrico

  • carica (Q)
  • tensione (U)
  • capacità (C)
  • C=Q/U

La capacità del condensatore dipende anche dalla costante dielettrica dell'isolante situato tra le armature.
Se il dielettrico tra le armature non è uno spazio vuoto ma un materiale isolante, l'intensità del campo elettrico e anche la tensione diminuiscono, nonostante la quantità di carica non cambi. Questo si spiega con il fatto che nel dielettrico si verifica una distribuzione della carica, che produce una tensione. La direzione della tensione del materiale isolante è opposta a quella tra le armature. L'uso di un materiale isolante determina la diminuzione della tensione tra le armature, aumentando la capacità.

La costante dielettrica dell'aria può essere considerata uguale a quella dello spazio vuoto, ovvero è pari a 1. La costante dielettrica del polietilene è 2, pertanto l'uso del polietilene come dielettrico consente al condensatore di immagazzinare il doppio di carica elettrica rispetto alla quantità nel caso dell'aria tra le armature. Se tra le armature viene utilizzata la carta anziché l'aria, la capacità sarà più del triplo, dato che la costante dielettrica della carta è 3,3.

Condensatori in uso

  • flash - Dato che i condensatori possono rilasciare rapidamente l'energia immagazzinata, vengono utilizzati quando in un dispositivo è necessario un improvviso impulso di corrente elevata, ad esempio per avviare un'automobile o un altoparlante di grandi dimensioni, oppure quando si utilizza il flash di una fotocamera. Dato che la ricarica del condensatore richiede del tempo, è necessario aspettare prima di utilizzare nuovamente il flash della fotocamera.
  • telefono cellulare - I condensatori vengono anche utilizzati nei caricabatterie e nelle unità di alimentazione dei computer per stabilizzare la tensione pulsante durante trasformazione della corrente alternata in corrente continua. Nei ricevitori di radio e di telefoni cellulari i condensatori a capacità variabile sono utilizzati per sintonizzare alla frequenza richiesta il circuito oscillante, collegato all'antenna.
  • memoria del computer - I condensatori sono presenti nella maggior parte dei dispositivi elettrici. Ecco alcuni esempi. I moduli di memoria del computer (RAM) e le varie schede di memoria (ad es. SD) sono costituiti da miliardi di condensatori microscopici. Queste informazioni sono immagazzinati sotto forma di cariche.

I condensatori sono presenti nella maggior parte dei dispositivi elettrici. Ecco alcuni esempi.

I moduli di memoria del computer (RAM) e le varie schede di memoria (ad es. SD) sono costituiti da miliardi di condensatori microscopici. Queste informazioni sono immagazzinati sotto forma di cariche.

Dato che i condensatori possono rilasciare rapidamente l'energia immagazzinata, vengono utilizzati quando in un dispositivo è necessario un improvviso impulso di corrente elevata, ad esempio per avviare un'automobile o un altoparlante di grandi dimensioni, oppure quando si utilizza il flash di una fotocamera. Dato che la ricarica del condensatore richiede del tempo, è necessario aspettare prima di utilizzare nuovamente il flash della fotocamera.

I condensatori vengono anche utilizzati nei caricabatterie e nelle unità di alimentazione dei computer per stabilizzare la tensione pulsante durante trasformazione della corrente alternata in corrente continua.

Nei ricevitori di radio e di telefoni cellulari i condensatori a capacità variabile sono utilizzati per sintonizzare alla frequenza richiesta il circuito oscillante, collegato all'antenna.

Narrazione

Il condensatore è un dispositivo in cui l'energia può essere accumulata e immagazzinata sotto forma di carica elettrica.

Il condensatore più semplice è il condensatore piano costituito da due piastre metalliche parallele. Le piastre metalliche sono chiamate armature e funzionano come elettrodi. Gli elettrodi sono separati da un isolante chiamato dielettrico. Il suo ruolo è quello separare gli elettrodi e aumentare la capacità del condensatore, ovvero la quantità di carica elettrica che può essere accumulata dal condensatore.

Il condensatore può essere caricato utilizzando una fonte esterna di elettricità. Durante questo processo le cariche negative migrano da un elettrodo all'altro. A causa della differenza di carica si forma un campo elettrico, e quindi si forma una tensione tra i due elettrodi.

La tensione tra le due piastre dipende dal lavoro necessario per spostare un'unità di carica da una piastra all'altra nel campo elettrico.

La capacità di un condensatore, ovvero la quantità di carica che questo può immagazzinare, dipende da diversi fattori come la forma, la dimensione e la distanza tra le armature e il materiale del dielettrico. La capacità non si riferisce solo alla quantità di carica che esso può contenere, ma anche alla tensione necessaria per immagazzinare una certa quantità di carico.

Dato che la tensione tra le armature è direttamente proporzionale alla quantità di carica che esse possono immagazzinare, pertanto il quoziente di queste è costante. Questo quoziente è chiamato capacità, ovvero: C=Q/U

La capacità di un condensatore può essere aumentata in vari modi. Un modo per aumentarla è quello di aumentare la superficie delle armature.
La capacità è direttamente proporzionale alla superficie delle armature: se la superficie delle armature viene raddoppiata, anche la capacità è la doppia.

Un altro modo per aumentare la capacità del condensatore è quello di diminuire la distanza tra le armature. In questo modo la tensione diminuisce, ma la quantità di carica rimane la stessa.

La capacità del condensatore dipende anche dalla costante dielettrica dell'isolante situato tra le armature.
Se il dielettrico tra le armature non è uno spazio vuoto ma un materiale isolante, l'intensità del campo elettrico e anche la tensione diminuiscono, nonostante la quantità di carica non cambi. Questo si spiega con il fatto che nel dielettrico si verifica una distribuzione della carica, che produce una tensione. La direzione della tensione del materiale isolante è opposta a quella tra le armature. L'uso di un materiale isolante determina la diminuzione della tensione tra le armature, aumentando la capacità.

La costante dielettrica dell'aria può essere considerata uguale a quella del vuoto, ovvero è pari a 1. La costante dielettrica del polietilene è 2, pertanto l'uso del polietilene come dielettrico consente al condensatore di immagazzinare il doppio di carica elettrica rispetto alla quantità nel caso dell'aria tra le armature. Se tra le armature viene utilizzata la carta anziché l'aria, la capacità sarà più del triplo, dato che la costante dielettrica della carta è 3,3.

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