ELETTROTECNICA. Condensatori. Livello 8. Andrea Ros sdb

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Rocco Mancini
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1 ELETTROTECNICA Livello 8 Condensatori Andrea Ros sdb

2 Livello 8 Condensatori Dopo aver compreso il concetto di resistenza, facciamo un passo avanti e passiamo alla capacità.

Sezione 1 Il campo elettrico Il campo elettrico In un punto dello spazio esiste un campo elettrico se una carica posta in quel punto è respinta o attratta da altre cariche poste nelle vicinanze.

L intensità del campo elettrico rappresenta la forza che agisce su una carica unitaria (di 1 C) posta in quel punto.

3 Sezione 1 Il campo elettrico Il campo elettrico In un punto dello spazio esiste un campo elettrico se una carica posta in quel punto è respinta o attratta da altre cariche poste nelle vicinanze. Il modo più semplice per ottenere un campo elettrico consiste nel collegare due conduttori, isolati tra loro, ai due poli di un generatore elettrico. L intensità del campo elettrico rappresenta la forza che agisce su una carica unitaria (di 1 C) posta in quel punto. L intensità del campo elettrico presente tra due placchette metalliche è data da: E= ΔV d dove ΔV rappresenta la diﬀerenza di potenziale in volt tra le due armature (così vengono chiamate in gergo tecnico le due placchette) e la lettera d rappresenta la distanza in metri tra le stesse. Per questo motivo il campo elettrico si misura in volt su metro (V/m) e troveremo questa unità di misura parlando ad es. del campo emesso da un antenna. Induzione elettrica sugli isolanti Quando un isolante è immerso in un campo elettrico le orbite degli elettroni degli atomi dell isolante si deformano: si dice allora che si polarizzano. In questo modo sulle due superfici opposte del dielettrico (l isolante) si manifesta uno squilibrio di cariche. 2

Rigidità dielettrica Se la distanza tra le due armature aumenta troppo scocca una scarica elettrica; è quello che capita quando chiudiamo un interruttore collegato magari a un neon.

4 Rigidità dielettrica Se la distanza tra le due armature aumenta troppo scocca una scarica elettrica; è quello che capita quando chiudiamo un interruttore collegato magari a un neon. L intensità del campo elettrico capace di provocare una scarica attraverso il dielettrico è chiamata rigidità dielettrica o campo elettrico distruttivo (quando scocca la scarica infatti il dielettrico viene distrutto in quel punto). MATERIALE Aria secca 30 Acqua pura 50 Carta paraffinata 300 Gomma sintetica 400 Mica Porcellana 200 PVC Vetro Rigidità dielettrica (kv/cm) Questo significa ad es. che per avere una scarica nell aria lunga 2 cm dovremo avere una differenza di potenziale di 2 x 30 = 60 kv cioè V. 3

5 Sezione 2 I condensatori Condensatori elettrici Costante dielettrica Un condensatore è un componente elettrico composto da due conduttori isolati: per quanto abbiamo detto sull induzione, se applichiamo ai suoi capi una tensione continua, sul dielettrico compare uno squilibrio di carica: in pratica possiamo usare il condensatore come un serbatoio di cariche elettriche. Facendo esperimenti si scopre che la capacità di un condensatore dipende dal tipo di dielettrico usato. Si definisce costante dielettrica del vuoto come: ε0 = 8, F/m La quantità di carica immagazzinata dipende dalla capacità del condensatore, che si misura in farad (F) e dalla tensione applicata. E come la quantità di acqua immagazzinata in un secchio: dipende dalla dimensione del secchio (quanto largo è) e dal livello dell acqua. Q = C ΔV Normalmente si usano i sottomultipli del Farad: Millifarad: 1 mf = 0,001 F = 10 3 F Microfarad: 1 μf = 0, F = 10 6 F Nanofarad: 1 nf = 10 9 F Si definisce costante dielettrica relativa di un isolante come il rapporto tra la costante dielettrica di quell isolante e quella del vuoto: MATERIALE Aria secca Bachelite Carta paraﬃnata Mica Olio minerale Porcellana PVC Vetro COSTANTE DIELETTRICA , Picofarad: 1 pf = F Bisogna capire bene come scrivere questi numeri in notazione scientifica sulla calcolatrice che usi. 4

6 Condensatore ad armature piane Per calcolare la capacità di un condensatore ad armature piane si usa la seguente formula: Dove: εr è la costante dielettrica relativa ε0 è la costante dielettrica del vuoto vista sopra S è la superficie delle armature in metri quadrati d è la distanza tra le armature in metri 5

7 Sezione 3 Energia immagazzinata Energia immagazzinata Si può calcolare con la formula: E= 1 C ΔV 2 2 dove C è la capacità del condensatore e ΔV la tensione continua ai suoi capi. 6

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