CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE
( COSTANTE DI TEMPO )
OBIETTIVO:
VERIFICARE SPERIMENTALMENTE CHE IL TEMPO RICHIESTO PER LA CARICA DI UN
CONDENSATORE E’ PROPORZIONALE AL PRODOTTO FRA LA RESISTENZA DEL
CIRCUITO E LA CAPACITA’ t = R * C
CARICA DI UN CONDENSATORE
I CONDENSATORI ESPLETANO LA LORO FUNZIONE CARICANDOSI E SCARICANDOSI
DI ENERGIA , IMMAGAZZINANO ENERGIA ELETTRICA DURANTE UN PROCESSO
CHIAMATA CARICA
DIELETTRICO
ARMATURA
+
+
+
+
+
+
-
ARMATURA
-
COSTANTI DI TEMPO
UN CONDENSATORE RAGGIUNGE ISTANTANEAMENTE LA PIENA CARICA QUANDO
VIENE CONNESSO DIRETTAMENTE AD UNA SORGENTE. IL TERMINE PIENA CARICA
INDICA CHE IL CONDENSATORE HA IMMAGAZZINATO ENERGIA E SI E’ PORTATO
ALLO STESSO POTENZIALE DELLA SORGENTE DI CARICA. NATURALMENTE,
QUANDO LA DIFFERENZA DI POTENZIALE AI CAPI DEL CONDENSATORE E’ UGUALE
A QUELLA DELLA SORGENTE, LA CORRENTE DI CARICA CESSERA’ DI SCORRERE; SI
PUO QUINDI DIRE DI AVER RAGGIUNTO UNO STATO DI PIENA CARICA. SE INVECE
VIENE POSTO UN RESISTORE IN SERIE AL CONDENSATORE, E’ NECESSARIA UNA
QUANTITA’ DI TEMPO FINITA, BEN SPECIFICA PER LA CARICA DEL
CONDENSATORE.
Res.
+
S2
Cond.
S1
CONSIDERIAMO
CHE
IL
CONDENSATORE
SIA
SCARICO.
CHIUDIAMO
L’ITERRUTTORE S1 LASCIANDO S2 APERTO. LA CHIUSURA DI S1 FORNISCE UN
PERCORSO PER LO SCORRIMENTO DELLA CORRENTE DI CARICA. SE
CONNETTESSIMO UN VOLTOMETRO AI CAPI DEL CONDENSATORE, QUESTO
MISUREREBBE IL VALORE 0 ,NELL’ISTANTE IN CUI S1 VIENE CHIUSO. NON APPENA
IL CONDENSATORE COMINCIA A CARICARSI, L’INDICE DEL VOLTOMETRO INDICA
UNA TENSIONE CHE VA AUMENTANDO. QUESTO ESPERIMENTO DIMOSTRERA’ CHE
IL CONDENSATORE NON SI CARICA ISTANTANEAMENTE MA, AL CONTRARIO, HA
BISOGNO DI UNA DETERMINATA QUANTITA’ DI TEMPO.
IL TEMPO RICHIESTO PER LA CARICA DI UN CONDENSATORE PUO’ ESSERE
CALCOLATO ATTRAV ERSO LA FORMULA: t = R * C DOVE R E’ ESPRESSO IN OHM, C
IN MICROFARAD E t IN SECONDI. IL RISULTATO IN SECONDI E’ IL TEMPO RICHIESTO
PER CARICARE SOLO IL CONDENSATORE AL 63% DELLA SUA CAPACITA’. INFATTI
AD OGNI ISTANTE DI t IL CONDENSATORE SI CARICA PER IL 63% DELLA SORGENTE
DI TENSIONE AI SUOI CAPI.
TEMPO
Vc (V )
12 – Vc ( V )
63% (12-Vc) (V)
0
0.00
12.00
7.56
τ
7.56
4.44
2.80
2τ
10.360
1.64
1.03
3τ
11.39
0.61
0.38
4τ
11.77
0.23
0.14
5τ
11.91
0.09
0.06
Carica e scarica di un condensatore
TITOLO: CARICA E SCARICA DEI CONDENSATORI
MATERIALE:
2) RESISTENZE
1) OSCILLOSCOPIO A 2 CANALI
1) GENERATORE DI FUNZIONE
1) CONDENSATORE
CAVI PER IL CABLAGGIO
V
carica scarica
Picco massimo
dell' onda
5
5
t
Schema del circuito:
R
C
Generatore
di funzione
Can1
Can2
Oscilloscopio
DATI:
R (prima prova)
= 1000
R (seconda prove) = 10000
SPIEGAZIONI E CONCLUSIONI:
Nello schema sono riportate due nuove apparecchiature: il generatore di funzione e
l’oscilloscopio.
Il generatore di funzione, permette di generare appunto vari tipi di tensione (alternata a
regime sinusoidale, onda quadra e molti altri tipi), delle quali si può anche determinare la
frequenza.
L’oscilloscopio viceversa è lo strumento che ci permette di rilevare il tipo di onda generata
e di mostrarlo graficamente su un piccolo schermo.
Nella nostra esperienza il G.d.f. genera un onda quadratica che parte da 0, arriva al picco
massimo e ritorna di nuovo a 0. Al canale 1 dell’oscilloscopio è collegato il G.d.f. , dal
quale si dovrebbe rilevare un’onda quadratica.
Al canale 2 è invece collegato il condensatore dal quale si rileveranno la carica e scarica.
Spiegazione della caria-scarica:
Al condensatore arriva un’onda quadratica: si ha quindi inizialmente la carica del
condensatore, mentre l’onda sale verso il picco massimo, in un periodo di tempo = 5.
Successivamente l’onda ritorna a 0 e quindi il condensatore si scarica, sempre in un
tempo pari a 5. Ciò si ripete costantemente.
La corrente avrà caratteristica opposta, ovvero avrà il suo picco nell’istante iniziale, mentre
l’onda sta per raggiungere il picco massimo, e a carica avvenute (quando la D.d.p. ai capi
del condensatore è uguale alla D.d.p. dell’onda a picco massimo), risulterà nulla, per poi
ritornare al valore massimo quando l’onda si rialzerà verso il picco massimo. Naturalmente
la durate temporale delle varie fasi sarà sempre di .
Transitorio di carica-sarica:
Il transitorio di carica-scarica come già detto vale 5, dove R*C, ovvero la resistenza del
I
carica scarica
ONDA
Picco massimo
dell' onda
5
5
t
circuito per la capacità del condensatore. Nella nostra esperienza il transitorio è rimasto
uguale sia per la carica che per la scarica, in quanto i parametri circuitali non sono
cambiati.
Nell’esperienza pratica si è proceduto però nell’effettuare le letture dell’oscilloscopio,
interponendo due diversi valori di resistenza: prima 1000 poi 10000
Naturalmente (da t=5*R*C), si ha che il primo transitorio sarà 10 volte più rapidi del
secondo, e a parità di scala di riferimento sull’oscilloscopio un grafico con molti cicli per il
primo e con pochi cicli per il secondo.
Osservazione finale:
L’utilizzo dell’onda quadra (0 – picco massimo – 0), è del tutto equivalente alla chiusura e
all’apertura di un interruttore.
