I CONDENSATORI

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I CONDENSATORI
Il condensatore
Il campo elettrico generato da un condensatore
La capacità di un condensatore piano
I condensatori in serie e in parallelo
  Lenergia immagazzinata in un condensatore
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• I prerequisiti necessari per poter svolgere la
  seguente unità didattica sono
• La carica elettrica e la legge di Coulomb
• Il campo elettrico
• La distribuzione della carica, il campo elettrico
  e il potenziale nei conduttori
• La capacità di un conduttore
•  
• Gli obiettivi che intendo raggiungere sono
• Il condensatore
• I condensatori in serie e in parallelo
• L energia immagazzinata in un condensatore.
• Applicare le conoscenze acquisite nell analisi
  e nella risoluzione di sistemi elettrostatici

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Il condensatore
Perché, alcune volte, mentre stiamo lavorando al
computer e si verifica un abbassamento di
tensione il computer non si spegne?
I computer lavorano utilizzando la corrente
continua che è quella prodotta dalle batterie e
dai condensatori.
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Che cosè un condensatore?
Un condensatore è costituito da due lamine
metalliche parallele, chiamate armature, poste a
distanza piccolissima luna dallaltra. Se
carichiamo una di esse con una carica Q e
colleghiamo laltra a terra, su questultima
viene indotta una carica Q. Quando è caricata,
la prima piastra passa dal potenziale di Terra
(che possiamo porre uguale a zero) al potenziale
V. La seconda piastra, invece, mantiene il
potenziale nullo della Terra. Così il potenziale
V acquistato dalla prima piastra grazie alla
carica Q è anche uguale alla differenza di
potenziale tra le due piastre del condensatore.
Unita di misura nel SI farad
coulomb/volt (F CV-1)
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Il campo elettrico generato da un condensatore
Passiamo ora ad esaminare un condensatore piano
ideale, cioè un condensatore piano con armature
infinitamente estese. Su una delle armature è
presente una distribuzione piana e infinita di
carica con densità superficiale ?, sullaltra,
per induzione è presente una densità superficiale
-?. Il campo elettrico generato da una tale
distribuzione di carica, ha direzione
perpendicolare al piano di cariche e modulo
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Il campo elettrico generato in un punto generico
P dal piano caricato positivamente ha verso
uscente da esso, mentre il campo elettrico dovuto
alle cariche negative è rivolto verso queste
ultime

• Nel punto A e nel punto C i due campi elettrici
  sono uguali in direzione e in modulo, mentre
  hanno versi opposti la loro somma è quindi
  uguale al vettore nullo.

• Nel punto B, i vettori campo elettrico sono
  uguali tra loro, per cui la loro somma è un
  vettore uguale al doppio di ciascuno dei due.

• Quindi allesterno di un condensatore piano
  ideale il campo elettrico è nullo, allinterno,
  invece è uniforme, ortogonale alle armature,
  diretto da quella positiva a quella negativa e
  con unintensità data dalla formula

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La capacità di un condensatore piano
La capacità elettrostatica di un condensatore è
data dalla formula
Q rappresenta la carica che si trova su una delle
lastre del condensatore
?V la differenza di potenziale che esiste tra le
lastre stesse.
Tale capacità si misura in farad
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Supponiamo di avere un condensatore piano reale
con armature di area A poste a distanza d tra
loro. Tra le armature, che portano le cariche Q,
-Q, è posto un materiale isolante con costante
dielettrica ?. Se d è molto minore delle
dimensioni lineari delle armature, il campo
elettrico generato da tale condensatore è
praticamente identico a quello che abbiamo già
determinato per un condensatore piano ideale. La
differenza di potenziale tra le armature è data
da
Siamo quindi in grado di calcolare la capacità di
un condensatore piano, che risulta
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Dielettrici
Inserendo un dielettrico in un condensatore e
mantenendo costante la d.d.p. fra le armature, la
carica sulle armature AUMENTA
Inserendo un dielettrico in un condensatore e
mantenendone costante la carica sulle armature,
la d.d.p. tra le armature DIMINUISCE
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Laspetto atomico dei dielettrici
Esistono due tipi di dielettrici i dielettrici
polari ed i dielettrici non polari. I primi
possiedono un momento di dipolo intrinseco,
mentre i secondi, in presenza di campo elettrico,
possono acquisirlo per induzione.Leffetto in
entrambi i casi è che, in presenza di campo
elettrico, le molecole si orientano in direzione
tale per cui, dentro il dielettrico, si viene a
creare un campo elettrico dovuto alle molecole
opposto al campo applicato (ma inferiore in
valore assoluto).
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La funzione dei condensatori è quella di essere
dei serbatoi di carica, quindi, di energia
elettrica quando vengono alimentati da una
tensione continua e possono essere utilizzati in
pratica come sorgente di energia. Essi, inoltre,
sono tanto più capaci quanto più carica riescono
ad immagazzinare. Questa energia, però, non può
essere creata dal nulla, è necessaria una forza
esterna che compia lavoro per caricare un
condensatore. Quindi lenergia immagazzinata in
un condensatore è uguale, per il principio di
conservazione dellenergia al lavoro fatto per
caricare il condensatore stesso.
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Tutto ciò spiega il grande utilizzo dei
condensatori nella vita di ogni giorno. Basti
pensare, per esempio, allo starter presente nelle
lampade a neon. Lo starter non è altro che un
condensatore, cioè un congegno di accensione che
permette al gas residente allinterno del neon,
di illuminarsi. Infatti per accendere una lampada
a fluorescenza è necessario scaldare
preventivamente gli elettrodi del neon, e
successivamente generare un picco di tensione
tale da innescare la scintilla nel gas.
Tubo a neon
starter
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I condensatori sono presenti nel computer e fanno
si che, seppure si dovesse verificare un piccolo
abbassamento di tensione nellappartamento, il
computer non si spenga.
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Il flash della macchina fotografica utilizza un
condensatore per immagazzinare lenergia
necessaria per ottenere un rapido lampo luminoso.
Nella televisione sono presenti due condensatori
disposti in maniera ortogonale, per inviare gli
elettroni allo schermo e quindi permetterci di
vedere le immagini. Per far sì che accada ciò è
necessaria una differenza di potenziale e quindi
una tensione per accelerare gli elettroni.
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I condensatori in parallelo
Spesso nei circuiti elettrici non compare un solo
condensatore, ma due o più condensatori collegati
tra loro.Uno dei casi più comuni è quello in cui
due o più condensatori sono connessi in modo da
essere sottoposti alla stessa differenza di
potenziale. In tal caso si dice che i
condensatori sono collegati in parallelo.
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I condensatori in serie
Un secondo caso comune e importante è quello in
cui due o più condensatori sono collegati luno
di seguito allaltro, cioè in serie
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Energia di un condensatore
Abbiamo visto chelenergia immagazzinata in un
condensatore è uguale, al lavoro fatto per
caricare il condensatore stesso. Possiamo
calcolare tale quantità immaginando che la carica
venga spostata dalla piastra che si carica
negativamente a quella che si carica di segno
positivo.

• Lavoro per portare una carica dq dallarmatura
  negativa allarmatura positiva

W immagazzinato nel condensatore (nel campo
elettrico tra le armatura) come energia
potenziale elettrostatica
Esempio condensatore piano
Si definisce Densità di energia elettrostatica (J
m-3)