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Carica e scarica di un condensatore: formule ed esempi

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In questa lezione di fisica spieghiamo il processo di carica e scarica di un condensatore. I condensatori trovano ampia applicazione nella vita reale, quindi lo studio del loro funzionamento ti sarà più semplice e interessante.

Inoltre, questo argomento fa parte del programma di fisica delle scuole superiori e dei test di medicina, veterinaria e professioni sanitarie, conoscerlo ti aiuterà a risolvere correttamente i quiz.

A seguire trovi la teoria in breve e la videolezione sui condensatori del nostro tutor di fisica.

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Carica e scarica di un condensatore

Cos’è un condensatore? Un condensatore è un accumulatore di cariche elettriche formato da due conduttori, le armature.

La carica elettrica accumulata è una forma di energia elettrica potenziale che viene poi rilasciata come corrente elettrica.

A differenza di una batteria, con cui viene spesso confuso, un condensatore si carica e scarica in tempi molto rapidi ma è in grado di accumulare una carica inferiore.

Le armature sono posizionate a distanza, divise dal vuoto o da un materiale isolante in cui si trova un campo elettrico uniforme. Questa distanza è breve rispetto alle dimensioni dei conduttori stessi.

Nell’uso quotidiano, il condensatore è realizzato con 2 lastre di metallo distanziate. Un tipo di circuito in cui viene usato è il circuito RC, formato da un condensatore e da una resistenza collegati tra loro con un generatore.

L’accumulo di carica è reso possibile proprio dal fatto che essendo le armature a distanza fra loro, esse si caricano elettricamente ma con segno opposto, una si carica positivamente e l’altra negativamente.

Invece, se i conduttori fossero a contatto, la carica del condensatore si neutralizzerebbe perché le cariche passerebbero da un conduttore all’altro.

Per approfondire vai alla lezione sui condensatori in serie e in parallelo con video ed esercizio svolto.

simbolo condensatore
Simbolo del condensatore

Formule condensatore

La formula della capacità del condensatore è:

C = Q/ ΔV

Le formule inverse della capacità del condensatore sono:

  • Q = C ∙ ΔV
  • ΔV = Q / C

Dove

  • C è la capacità del condensatore di accumulare carica elettrica. L’unità di misura della capacità è il Farad, simbolo F;
  • Q è la quantità di carica. L’unità di misura della quantità di carica è il Coulomb, simbolo C;
  • ΔV è la differenza di potenziale tra le 2 armature caricate con carica uguale ma di segno opposto. L’unità di misura è il Volt, simbolo V.

Quindi, si ricava che la capacità di un condensatore di immagazzinare carica elettrica è pari al rapporto tra la quantità totale di carica del condensatore e la differenza di potenziale, ossia la tensione.

Più esattamente, la capacità aumenta all’aumentare della carica.

Carica di un condensatore

Come avviene la carica di un condensatore? Per descrivere il processo, partiamo dalla situazione iniziale, presente quando il sistema è aperto: sia la carica di un condensatore che la differenza di potenziale valgono 0.

Per caricare il condensatore, bisogna chiudere il circuito e generare corrente: le cariche positive si muovono verso il polo negativo e si accumulano sulla relativa piastra del conduttore. Mentre la piastra opposta attrae per induzione le cariche negative.

Nella pratica, per caricare un condensatore servono:

  1. un generatore di tensione o generatore di f.e.m., forza elettromotrice, che sottopone una delle due armature a una differenza di potenziale;
  2. un interruttore per aprire e chiudere il sistema.

Le proprietà del processo di carica di un condensatore sono:

  • il condensatore non si carica istantaneamente, ma in un intervallo di tempo generalmente considerato pari a 5;
  • più il condensatore si carica, più aumenta la differenza di potenziale;
  • all’aumentare della carica, aumenta anche la forza di repulsione tra cariche dello stesso segno. Pertanto, aumenta anche il lavoro svolto dal generatore per vincere queste forze repulsive. Nel frattempo, il flusso delle cariche rallenta;
  • il processo di carica termina quando la carica elettrica raggiunge il massimo possibile. In questo istante il flusso delle cariche cessa, quindi non c’è alcun passaggio di corrente e l’intensità di corrente è quasi pari a zero.
carica condensatore
Processo di carica di un condensatore
grafico carica e scarica di un condensatore
Andamento nel tempo della differenza di potenziale ∆V durante la carica

Scarica di un condensatore

Cosa succede durante la scarica di un condensatore? Nel processo di scarica, il generatore viene escluso ed è il condensatore stesso a funzionare da generatore.

Le caratteristiche del processo di scarica di un condensatore sono:

  • come nel processo di carica la carica Q massima non viene raggiunta subito, analogamente nel processo di scarica la carica Q non viene eliminata istantaneamente;
  • quando il processo di scarica termina non c’è più passaggio di cariche e l’intensità è vicina allo zero;
  • all’opposto di quanto accade nel processo di carica, durante la scarica la differenza di potenziale si riduce e la corrente elettrica ha verso opposto rispetto a quella del processo di carica.
scarica di un condensatore
Andamento nel tempo della differenza di potenziale ∆V durante il processo di scarica

Per capire al meglio l’argomento, guarda il video sulla carica e scarica di un condensatore.

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Video e immagini nel testo di Marco Ogana, tutor WAU!

Immagine in evidenza di Delyth Williams da Pixabay

Paola Pala
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