CONDENSATORI
Si definisce condensatore un elemento elettrico formato da due superfici
metalliche affacciate dette armature separate da uno spazio isolante detto
dielettrico.
Si definiscono dielettrici quei materiali che, sottoposti ad un campo elettrico, sono
attraversati da corrente nulla o comunque molto piccola: essi hanno una altissima
resistenza. Il dielettrico per eccellenza è lo spazio vuoto per il quale la resistività
=
. I materiali dielettrici si chiamano isolanti.
Se le due armature sono superfici piane e disposte
parallelamente, si parla di condensatore piano. Il condensatore
carico è caratterizzato da una tensione ai suoi
terminali V e da una carica Q.
Il trasferimento delle cariche termina quando
il, loro addensarsi sulle armature provoca tra
esse una d.d.p. pari alla tensione a vuoto
del generatore.
Per scaricare un condensatore è necessario rimettere in
connessione le due armature attraverso una resitenza.
Campo elettrico uniforme: quando le linee di forza del campo
elettrico sono rettilinee e parallele, normali alle due
armature. Poiché in pratica la dimensione delle due
armature non potrà essere infinita, ai bordi di esse le linee di
forza si incurvano ed il campo perde la sua uniformità.
Si è verificato sperimentalmente che la carica Q e la tensione V sono direttamente
proporzionali:
C = Q/V
[Farad]
C : CAPACITA’ del condensatore la cui unità di misura è chiamata FARAD [F]
Un condensatore presenta la capacità di 1 Farad quando, applicando alle sue
armature la tensione di 1 Volt si accumula la carica di 1 Coulomb.
In pratica, essendo tale unità eccessivamente grande. Si impiegano i seguenti
sottomultipli Nel campo elettrico del condensatore piano possono essere messi in evidenza le
seguenti grandezze unitarie:
• Intensità di campo o gradiente di potenziale
E=V/d [Volt/metro]
• Densità di carica
sigma=
=Q/A [Coulomb/m2]
Sapendo che C= Q/V=
ma
*A/E*d=
/E*(A/d)=
*A/d
/E rappresenta l’elemento qualitativo del dielettrico ed è costante per un
dato materiale. Esso prende il nome di costante dielettrica ( )
0:
costante dielettrica nel vuoto (=aria secca) e vale 8,86*10-12[F/m]= 8,86[pF/m]
r:
costante dielettrica relativa (=
/
0)
Esercizio 1: determinare la capacità di un condensatore piano avente armature di
area A=12 [dm2] a distanza d= 0,05 [mm] con dielettrico
Soluzione:
C=
r*
0=4*8,86=
r=4
35,4 [pF/m]
*A/d= 35,4*0,12 / (0,05*10-3) = 85.000 [pF] =85 [nF]
Esercizio 2: calcola la capacità di un condensatore che presenta una carica di 50
[µC] sulle armature per una tensione applicata di 10 [V]
Soluzione: C = Q/V = 50*10-6 [C] / 10 [V] = 5*10-6 [F] = 5 [µF]
Esercizio 3:
calcola la carica accumulata sulle armature di un condensatore che ha la capacità
di 0,001[µF], quando ai suoi capi viene applicata una tensione di 1[KV]
Soluzione: Q = C*V = 0,001*10-6*1000 = 0,000001 [C] = 1 [µC]
Esercizio 4: calcola la capacità di un condensatore piano ad aria secca con
armature quadrate di lato 0,1 [m] poste alla distanza di 0,01 [m]
Soluzione:
=
0
(in quanto
r=1)
C=
0*A/d
= 8,85*(0,12)/0,01 = 8,85 [pF]
CORRENTE DI FUGA : nessun materiale isolante è perfetto e così attraverso il
dielettrico di un condensatore in realtà passa
sempre una piccolissima corrente detta corrente
di fuga o corrente di perdita. Un condensatore
reale può essere rappresentato da un circuito
con un condensatore ideale avente in parallelo
una resistenza elevata, ma non infinita,
rappresentante la resistenza del dielettrico.
INDUZIONE DIELETTRICA: con tale termine si intendono i fenomeni elettrostatici
che interessano la sostanza interposta tra le armature di un
condensatore. Gli elettroni dell’orbita più esterna rimangono
ancorati al nucleo, ma per effetto delle forze colombiane, ovalizzano
la propria orbita. Aumentando la tensione applicata ad un
condensatore, si verifica un aumento della deformazione
molecolare. Superato un valore limite, si verifica una violenta rottura
dei legami che connettono gli elettroni ai nuclei atomici: questo
provoca una scarica elettrica accompagnata da luce e rumore.
Se il dielettrico è gassoso si ha la ionizzazione del gas, mentre se è solido si
perfora: in ogni caso perde le sue capacità isolanti.
Il massimo valore di tensione di lavoro che un dielettrico può sopportare prende il
nome di rigidità dielettrica:
Vi sono dei casi in cui la scarica viene utilmente sfruttata: p.e. nelle candele
d’automobile
Nei motori ad accensione comandata (a
ciclo Otto) la candela d'accensione è il
dispositivo elettrico inserito nella testa
di ognuno dei cilindri atto a generare
una scintilla che avvii la combustione
della carica fresca.
Nei motori ad accensione spontanea la
combustione è invece avviata da una
compressione, e le cosiddette
candelette hanno il solo scopo di
riscaldare il combustibile in una
precamera durante gli avviamenti a
freddo.
