Il condensatore, altrimenti nominato anche capacitore è uno strumento di grande importanza all’interno del circuito elettrico. Perché quest’ultimo possa svolgersi in perfetta sicurezza e che garantisca il corretto funzionamento è dunque necessario che all’interno vi sia presente un condensatore.
Per chiarire in che modo è dunque indispensabile la presenza di un condensatore all’interno di un circuito elettrico di seguito analizzeremo:
- Cos’è e come funziona un condensatore;
- La funzione del condensatore all’interno del circuito elettrico;
- Le varie tipologie di condensatori e le loro particolarità.
Cos’è e come funziona un condensatore
Come accennato in precedenza, quando parliamo del condensatore parliamo più precisamente di un contenitore di carica elettrica, che può essere liberata da esso in base alle proprie esigenze. Anticipiamo dunque che il compito del condensatore sarà quello di mantenere la carica elettrica potenziale per poi sprigionarla all’occorrenza.
Il condensatore non è altro che un contenitore con due lastre alle estremità. Queste, chiamate armature del condensatore, hanno una carica positiva e una negativa. Si pensi per esempio ad una batteria che possiede appunto le cariche opposte alle sue due estremità. Se seguiamo quella che è la definizione del condensatore possiamo osservare che banalmente quando due oggetti, costituiti da materiale conduttore, vengono a trovarsi vicini e separati da materiale isolante si forma un condensatore, quindi persino due monete affiancate e separate dall’aria si possono considerare un condensatore.
Grazie al fatto che la sua struttura è fatta in questa maniera, lo strumento è in grado di conservare in un sistema chiuso la carica elettrica. Inoltre sfruttando il campo magnetico che si crea, si riesce a mantenere la carica elettrica stabile. Dunque la carica sarà stabile e perfettamente isolata.
A ciascuna delle due armature è collegato un filo o terminale, per rendere possibile la connessione del componente ad altri componenti o circuiti elettronici. Fino a quando il condensatore non è collegato a nessuna fonte di alimentazione, le armature si trovano in uno stato neutro, cioè contegno un numero uguale di cariche elettriche positive e negative, quindi non c’è nessuna differenza di potenziale tra le due, si dice in questo caso che il condensatore è scarico.
Quando il condensatore viene collegato ad una fonte di alimentazione, ad esempio una batteria, si dà inizio ad uno spostamento di cariche. La batteria prende le cariche elettriche negative da una armatura, e le trasporta sull’altra armatura. In questa fase si dice che il condensatore si sta caricando. Succede quindi che man mano che le cariche elettriche negative, vengono spostate da una armatura ad un’altra, l’armatura a cui vengono sottratte cariche negative, diventa sempre più positiva, e l’armatura in cui vengono immesse cariche negative, diventa sempre più negativa.
Non è di certo una novità che le cariche di segno opposto si attraggono, mentre cariche di segno uguale si respingono. Proprio perché cariche dello stesso segno tendono a respingersi, man mano che l’armatura diventa sempre più negativa, sarà sempre più difficile riuscire a immettere cariche negative al suo interno. Fino ad arrivare al punto in cui non sarà più possibile inserire neanche una carica all’interno dell’armatura. Arrivati a questo punto, in cui un’armatura è completamente negativa, e di conseguenza l’altra è diventata positiva, non si ha più spostamento di cariche e quindi passaggio di corrente. Si dice allora che il condensatore è completamente carico. In questa situazione, tra le due armature c’è una differenza di potenziale, che permane nel tempo. Anche scollegando il condensatore dalla fonte di alimentazione, il condensatore rimane carico.
Quando il condensatore è carico, collegando tra di loro i 2 terminali per mezzo di qualsiasi altro circuito, quindi mettendo a contatto tra di loro le 2 armature, le cariche elettriche negative accumulate in una armatura, tendono a tornare velocemente sull’altra armatura. In questa fase si dice che il condensatore si sta scaricando, man mano che le cariche elettriche tornano al loro posto, la differenza di potenziale tra le 2 armature diminuisce. Fino a quando le 2 armature, tornano ad essere perfettamente equilibrate, e la differenza di potenziale tra le due armature è tornata a zero. Si dice allora che il condensatore si è scaricato, ed è pronto ad essere sottoposto ad un nuovo ciclo di carica.
Abbiamo dunque chiarito che il condensatore è un componente in grado di accumulare cariche, e di mantenerle fino a quando non viene posto nella condizione di potersi scaricare.
Potrebbe essere paragonato ad un recipiente in grado di riempirsi e svuotarsi, infatti la grandezza con cui si misura un condensatore è proprio la capacità. L’unità di misura della capacità del condensatore è il farad indicato con la lettera (F). C’è però da dire che il Farad è una unità di misura enorme. Difficilmente si troveranno condensatori nell’ordine del farad. Molto più facilmente si trovano capacità espresse con il sottomultiplo milli (mF) la millesima parte del farad. Ancora più facilmente espresse con il sottomultiplo micro(uF)che è la milionesima parte del farad. Passando dal sottomultiplo nano(nF) che è la miliardesima parte del farad, fino ad arrivare al pico(pF) che è la bilionesima parte del farad, o se volete la millesima parte del nanofarad.
Inoltre c’è da aggiungere che il condensatore, oltre ad avere come primo parametro la capacità, ha anche un secondo parametro, che è la tensione massima a cui può essere sottoposto, ovviamente espressa in volt, quindi ad esempio sull’involucro di un condensatore, potete trovare stampati sia la capacità che la tensione, a titolo di esempio, un condensatore può essere 470uF 16v come anche 470uF 100v.
La funzione del condensatore all’interno del circuito elettrico
È lecito chiedersi che utilità può mai avere uno strumento che all’interno del circuito elettrico non fa altro che caricarsi e scaricarsi, ma il condensatore all’interno dei circuiti è utilizzato per svolgere varie funzioni proprio grazie a questa caratteristica che lo contraddistingue.
Intanto per caricarsi e scaricarsi, il condensatore impiega un certo tempo. Maggiore è la sua capacità e maggiore sarà il tempo che impiega a caricarsi. Allo stesso modo maggiore è la corrente, e minore è il tempo che impiega a caricarsi. Per spiegare meglio, calza a pennello l’esempio di un recipiente: maggiore è la capacità del recipiente e maggiore sarà il tempo che questo impiega a riempirsi ad esempio di acqua o di un qualunque altro componente. Allo stesso modo maggiore è la portata di acqua che lo riempie e minore sarà il tempo che impiega a riempirsi.
Un altro particolare importante da tenere in conto è che la corrente può essere limitata da una resistenza detta R, ciò comporta che collegando in serie ad un condensatore un resistore si riesce a limitare la corrente che lo carica, e giocando sul valore della resistenza e sul valore della capacità del condensatore, si riesce a variare il tempo di carica o di scarica del condensatore. Tale collegamento è molto utilizzato per i circuiti ed è comunemente conosciuto come circuito RC (Resistore Condensatore). Esiste anche la formula per calcolare il tempo di carica e scarica del condensatore ovvero: dove le unità di misura da considerare sono rispettivamente i secondi, gli Ohm e i Farad.
Sfruttando questo tipo di collegamento, è possibile gestire dei tempi regolati all’interno dei circuiti elettronici. Questo più semplicemente significa che è possibile creare i cosiddetti oscillatori. Gli oscillatori sono in grado di caricare e scaricarlo in maniera ciclica e regolabile a nostro piacimento grazie ad una serie di impulsi on e off. È addirittura possibile creare grazie a questo collegamento dei circuiti ad un impulso solo con timer regolabili sempre a proprio piacimento. In modo dunque da caricare e scaricare il condensatore negli orari prestabiliti da chi lo gestisce.
Le varie tipologie di condensatori e le loro particolarità
Visti i molteplici usi che si posso fare del condensatore e la comodità che essi portano al suo utilizzo è dunque chiaro perché quest’ultimo sia presente così frequentemente all’interno dei circuiti elettronici: è un componente malleabile per ogni specifico utilizzo.
Più specificamente esistono:
- il condensatore elettrolitico;
- il condensatore poliestere;
- il condensatore al tantalio;
- il condensatore ceramico.
In quest’ordine il primo, l’elettronico è più adatto ad alte capacità poiché può arrivare a 10.000 uF. Quindi utile per livellare bene la tensione di un alimentatore, o per elevati tempi di carica e scarica. Purtroppo ha come difetto un grande tolleranza di circa il 20%, quindi questo non gli garantisce la precisione all’interno del circuito.
I condensatori poliestere, hanno una capacità decisamente inferiore. Possono arrivare al massimo a qualche uF, ma hanno una tensione di lavoro elevata, raggiungono tranquillamente i 1000v, caratteristica che compensa la poca capacità.
I condensatori al tantalio, possono essere polarizzati come gli elettrolitici ma sono più precisi di un elettrolitico perché più piccol. Per questo raggiungono capacità inferiori. Possono essere sostituiti agli elettrolitici laddove è richiesto poco ingombro. Non sopportano però elevati sbalzi di tensione, quindi non sono sicuramente adatti come stabilizzatori di tensione come i primi citati.
I condensatori ceramici, invece hanno tensione di lavoro bassa arrivano a 20v, e capacità ridotta, in genere nell’ordine del nanoFard (nF). Ma hanno una buona stabilità e tolleranza, quindi sono adatti nei circuiti dove è richiesta una buona recisone.
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