itis savignano s/r - Digilander

LABORATORIO
NUCCI ANDREA
DI SISTEMI
3ª-B
E AUTOMAZIONE
DATA
INDUSTRIALE
31/01/2001
ITIS SAVIGNANO S/R
SCOPO: Determinazione sperimentale del periodo di carica e scarica di un condensatore
e
confronto del valore ottenuto sperimentalmente con quello ottenuto tramite calcoli teorici
DESCRIZIONE DEI MATERIALI E DEGLI STRUMENTI:
 1 Generatore elettrico (030V)
 1 Box di resistenze a decadi a 5 commutatori
 1 condensatore elettrico (1000μF)
 2 Multimetri digitali
 1 Cronometro
 Cavetti di collegamento
PREPARAZIONE DELL’ESPERIENZA:
Nella preparazione dell’esperienza abbiamo montato un circuito elettrico collegando il generatore
(030V) alle altre apparecchiature con dei fili di collegamento, un multimetro digitale usato come
voltmetro collegato in parallelo, per misurare che la differenza di potenziale ai capi del generatore
fosse sempre di 25V, un multimetro digitale usato come voltmetro collegato in parallelo ai capi del
condensatore, inoltre abbiamo anche collegato una resistenza presa da un box di resistenze a decadi
con 5 commutatori. Inoltre abbiamo impostato una tabella con 3 colonne e 60 righe per la
rilevazione dei dati (tensione di carica, tensione di scarica).
DESCRIZIONE DELL’ESPERIENZA:
Nella prima parte della prova
abbiamo controllato che tutta l’attrezzatura fosse a posto,
successivamente Ho acceso il generatore e nello stesso tempo ho fatto partire il cronometro per
rilevare i dati dalla tensione hai capi del condensatore ogni 5 sec per primi 300 secondi, una colta
arrivati al tempo prestabilito ho staccato i fili del generatore e ho chiuso il circuito in modo da far
scaricare il condensatore, i valori della tensioni venivano presi sempre ogni 5 secondi e sempre per
300 sec. Una volta eseguita la prova ho inserito in tabella tutti i dati in maniera ordinata, da cui ho
ricavato anche un grafico che riporta l’andamento della carica e scarica del condensatore.
ITI SAVIGNANO RELAZIONE N.2
Pag.1
TABELLA:
Tempo
Tensione di Tensione di
carica
scarica
5
2,2
23,8
10
3,9
15
Tempo
Tensione di Tensione di
carica
scarica
155
22,0
2,9
23,7
160
22,1
2,8
5,4
23,6
165
22,3
2,6
20
6,9
22,0
170
22,4
2,4
25
8,2
20,6
175
22,5
2,2
30
9,4
19,0
180
22,6
2,1
35
10,5
17,8
185
22,7
2,0
40
11,6
16,6
190
22,9
1,8
45
12,5
15,4
195
22,9
1,7
50
13,4
14,2
200
23,0
1,6
55
14,2
13,1
205
23,1
1,5
60
14,9
12,2
210
23,2
1,4
65
15,7
11,1
215
23,2
1,3
70
16,2
10,4
220
23,3
1,2
75
16,9
9,7
225
23,3
1,1
80
17,4
9,0
230
23,3
1,0
85
18,0
8,3
235
23,4
0,9
90
18,4
7,8
240
23,4
0,9
95
18,8
7,3
245
23,5
0,8
100
19,2
6,7
250
23,5
0,8
105
19,6
6,2
255
23,5
0,7
110
19,9
5,8
260
23,6
0,7
115
20,2
5,4
265
23,6
0,6
120
20,4
5,0
270
23,6
0,6
125
20,7
4,6
275
23,6
0,5
130
21,1
4,3
280
23,6
0,5
135
21,3
4,0
285
23,6
0,5
140
21,4
3,7
290
23,7
0,4
145
21,7
3,5
295
23,7
0,4
150
21,9
3,2
300
23,7
0,4
ITI SAVIGNANO RELAZIONE N.2
Pag.2
GRAFICO:
Andamento della Carica e Scarica di un condensatore
25
tensione [V]
20
Carica del
Condensatore
Scarica del
condensatore
15
10
5
90
12
0
15
0
18
0
21
0
24
0
27
0
30
0
60
30
0
0
tempo [sec.]
DISEGNO:
Schema elettrico del circuito per studiare carica e scarica di un condensatore
R
+
V
+
G
_
C
_
+
+
V
_
_
CALCOLI:
Tempo di carica e scarica = t = 5
 = C*R = 1000 μF*60 K = 1000*10-6F*60*10-3=60000*10-3sec=60 sec
t=5*60sec=300 sec
ITI SAVIGNANO RELAZIONE N.2
Pag.3
PRINCIPI TEORICI:
Analisi dimensionale della misura di
  C*R 
:
Q V Q
* 
 t sec
V I Q
t
I condensatori sono componenti elettronici che accumulano cariche elettriche tra due
armature separate da uno strato isolante (dielettrico). Per costruire condensatori di volta in
volta di piccola o grande capacità, per alte o basse tensioni, a bassa induttanza o di capacità
estremamente stabile si usano diverse tecniche costruttive, ognuna con le sue particolarità e
campo
di
applicazione.
Condensatori a film
Si ottengono avvolgendo insieme due sottili lamine metalliche separate da un film plastico
altrettanto sottile. Il condensatore risulterà di piccole dimensioni ma di elevata capacità. Poichè le
lamine metalliche e quelle in plastica possono essere prodotte in qualsiasi lunghezza, con questo
sistema si ottengono capacità che arrivano anche al µF. Gli avvolgimenti si collegano sue due lati e
quindi le lamine metalliche devono sporgere dal dielettrico per essere compresse e saldate ai
terminali. Poichè tutti gli avvolgimenti sono collegati tra di loro su di un lato, la resistenza è
piccolissima mentre l'induttanza risulta praticamente nulla. Come dielettrico viene normalmente
utilizzata una pellicola in plastica. L'avvolgimento viene poi annegato in una bagno di materiale
plastico o sigillato in un tubetto di ceramica. l terminali di collegamento fuoriescono in direzione
assiale o tangenziale.
Condensatori in carta
Il dielettrico di questi condensatori è formato da una speciale carta impregnata con una sostanza
fluida o viscosa. Per aumentare l'isolamento, nei condensatori in carta si accoppiano spesso due o più
strati. L'avvolgimento finito viene poi nuovamente impregnato sottovuoto in olio isolante o annegato
in resina. l condensatori in carta vengono di solito prodotti con una tolleranza del +/- 20%, e sono
utilizzati in genere come condensatori di filtro.
Condensatori in carta metallizzata
Il condensatore in carta metallizzata non è altro che una particolare versione del condensatore in
carta: invece di usare la lamina di alluminio per la formazione delle armature, il metallo viene
vaporizzato sotto vuoto sulla superficie stessa della carta, ed ha lo spessore solo di un µm. Questi
ITI SAVIGNANO RELAZIONE N.2
Pag.4
condensatori presentano il vantaggio che una perforazione del dielettrico non porta necessariamente
al cortocircuito tra le armature, poichè il calore prodotto dalla perforazione stessa fonde lo strato
metallico della zona corrispondente evitando il possibile cortocircuito. I condensatori in carta
metallizzata vengono prodotti con valori di capacità che arrivano fino a 32 µF, e con tensioni di
lavoro di parecchie migliaia di volt.
Condensatori a film plastico
Le pellicole in film plastico possono essere prodotte con spessori inferiori a quello della carta
impregnata, e presentano una minore probabilità di punti difettosi. Si possono quindi fabbricare
condensatori che utilizzano queste pellicole come dielettrico, dello spessore di pochi µm soltanto, in
grado di resistere ad una tensione abbastanza elevata. I condensatori a film plastico vengono
prevalentemente utilizzati nei circuiti a transistori. Nei condensatori in poliestere come strato
elettroconduttore si può utilizzare una lamina metallica, oppure il metallo può essere depositato
direttamente sul film per vaporizzazione sotto vuoto, con uno strato dello spessore di 0,02 - 0,05 µm.
Questi condensatori vengono prodotti con capacità fino ad alcuni µF e con tensioni di lavoro fino a
1000 V. Sono da preferire nei circuiti a bassa frequenza. Nei condensatori con dielettrico in
policarbonato la capacità è molto costante, e di conseguenza sono utilizzati prevalentemente nei
circuiti oscillanti. Vengono prodotti con capacità fino a 10 µF e tensioni di lavoro fino a 400 V. Per
applicazioni speciali nei circuiti oscillanti, sono stati sviluppati i condensatori in polistirolo. Una
lamina metallica stirata viene avvolta a spirale assieme al dielettrico. Sotto l'azione del calore
l'avvolgimento si restringe formando un blocco molto stabile e compatto che non assorbe
praticamente umidità dall'aria. Si ottiene così una buona costanza della capacità. I condensatori in
polistirolo vengono prodotti con capacità fino ad 1 µF.
Condensatori ceramici
Il dielettrico dei condensatori ceramici è costituito generalmente da una massa ceramica la cui
costante dielettrica può essere variata tra 10 e 10.000 mediante opportune composizioni. I
condensatori ceramici a bassa costante dielettrica si distinguono per la stabilità del valore capacitivo
e per le perdite molto basse, e quindi sono i preferiti per l'utilizzo nei circuiti oscillanti e ad alta
precisione. I condensatori ad elevata costante dielettrica permettono di ottenere capacità elevate con
scarso ingombro. I condensatori ceramici hanno in generale piccole dimensioni, e vengono utilizzati
di preferenza nella tecnica delle alte frequenze. A seconda delle necessità sono disponibili in molte
forme costruttive. La forma di condensatore ceramico più diffusamente utilizzata è quella a disco,
formata cioè da un dischetto di ceramica metallizzato sulle due facce, sulle quali vengono saldati i
terminali. Un'altra forma costruttiva molto diffusa in passato è quella a tubetto. Si tratta di un tubetto
ceramico con strati di argento all'interno ed all'esterno che formano le armature del condensatore.
ITI SAVIGNANO RELAZIONE N.2
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Esistono anche i condensatori a strato, il cui dielettrico è costituito da strati ceramici. Gli strati più
interni risultano parzialmente conduttivi, mentre quelli più esterni, ad alta resistività, vengono
rivestiti con una pellicola di argento. Dato che le prestazioni dei condensatori ceramici a strato
dipendono dalla tensione. questi componenti sono adatti per tensioni di lavoro fino a circa 20 V.
CONDENSATORI ELETTROLITICI
Quando sono necessarie capacità estremamente elevate si devono utilizzare condensatori elettrolitici,
perchè i tipi finora descritti assumerebbero dimensioni proibitive. I condensatori elettrolitici sono
composti da un elettrodo (anodo), sul quale viene formato uno strato di ossido con elevata costante
dielettrica che funge da isolante. L'altro elettrodo (catodo) è costituito da un elettrolita, un fluido
elettricamente conduttore di solito formato da una soluzione salina od acida, e da un secondo
elettrodo metallico che, nella maggior parte dei casi, coincide con il contenitore stesso. In
quest'ultimo caso, l'involucro metallico esterno stabilisce il collegamento tra l'elettrolita ed il
terminale negativo del condensatore. Lo spessore dello strato di ossido varia in funzione della
tensione di lavoro, e normalmente assume valori dell'ordine degli 0,001 µm. Il piccolo spessore dello
strato, e la sua costante dielettrica relativamente elevata, permettono di ottenere valori capacitivi
molto elevati. I condensatori elettrolitici possono essere a base di alluminio o di tantalio.
CONCLUSIONI:
la prova è stata effettuata sottoponendo un condensatore ad una tensione di 25V di modo che si
caricasse in 5 min.; poi, creato un corto circuito, (il condensatore) si è scaricato nello stesso tempo
della carica. Questo allo scopo di determinare sperimentalmente il periodo di carica e scarica di un
condensatore, e confrontare il valore ottenuto sperimentalmente al valore ottenuto tramite calcoli
teorici. Il grafico tensione-tempo è risultato regolare a parte nella curva della tensione di scarica in
cui, all’origine dell’asse “x”, si nota un tratto quasi rettilineo. La prova ha permesso di verificare e
confrontare.
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