A2C - Salerno

I condensatori un giorno potrebber soppiantare le batterie tradizionali. Ma come funzionano? Un condensatore è un dispositivo elettrico formato da due lamine conduttrici dette "armature" separate da un materiale isolante. Vengono impiegati largamente nella realizzazione di circuiti elettrici e apparecchiature elettriche ed elettroniche di qualsiasi tipo, in quanto hanno la capacità di immagazzinare carica ed energia elettrostatica.

Ne esistono di vario tipo, ma il più semplice è il condensatore piano: è costituito da due armature piane a facce parallele, separate da un materiale dielettrico. Applicando una tensione elettrica fra le armature queste si caricheranno elettricamente. In particolare, l'armatura a potenziale maggiore si caricherà con una carica complessiva +Q mentre l'altra armatura si caricherà con una carica totale -Q. +Q e -Q hanno valore identico ma segno opposto e sono distribuite uniformemente lungo le superfici interne delle armature.  Prendendo il valore di Q senza segni si ottiene la carica complessiva accumulata nel condensatore. Il suo valore dipende dalla tensione applicata e da una costante detta capacità:

C = Q / ΔV

dove:

• Q è la carica elettrica complessiva accumulata(esoressa in Coulomb),
• C è la capacità del condensatore (espressa in Farad)
• ΔV è la tensione elettrica (espressa in Volt).

La capacità C è il rapporto fra carica Q accumulata dal condensatore e tensione elettrica applicata ai suoi capi. C è inversamente proporzionale alla tensione applicata: pertanto, tanto maggiore è la tensione applicata tanto minore sarà la capacità del condensatore e viceversa.
Nel caso dei condensatori piani, la capacità dipende non solo dalla tensione ma anche dalla forma del condensatore e dalla natura del dielettrico utilizzato:

C = ε * (S/d)

dove:

• ε è la costante dielettrica assoluta del mezzo (Farad/m),
• S è la superficie delle due armature (in metri quadri)
• d è la distanza fra le armature (in metri).

Capiamo quindi che la capacità di un condensatore aumenta se fra le armature è posto un buon isolante, se la superficie delle armature è ampia e se la distanza fra esse non è grande.

Un condensatore carico è in equilibrio elettrostatico: le cariche elettriche si distribuiscono uniformemente lungo le superfici interne delle armature, generando un campo elettrostatico.
Tale campo è uniforme ed ha valore nullo all'esterno del condensatore, mentre fra le armature

(E)= U / d

dove:

• (E) è l'intensità del campo elettrico (Volt/metro),
• U è l'energia potenziale elettrica immagazzinata nel condensatore (Joule)
• d è la distanza fra le armature (metro).

È importante sottolineare che la condizione di elettrostaticità all'interndo del condensatore rimane valida anche nel caso esso sia alimentato in corrente alternata, purché la frequenza di rete sia bassa, ad esempio 50 Hz. Quando si applica una tensione fra le armature di un condensatore, ad esempio collegandolo ad un circuito o a un generatore, il condensatore inizia ad accumulare carica elettrica Q ed energia potenziale elettrica U. Ciò succede perché le cariche elettriche non possono muoversi attraverso il dielettrico che separa le armature, pertanto le cariche elettriche si accumulano su un'armatura mentre sull'altra si formeranno cariche identiche ma di segno opposto grazie all'effetto dell'induzione elettrostatica. Il processo di carica ovviamente non va avanti all'infinito ma si arresta una volta raggiunta la capacità massima del condensatore. Una volta rimossa la tensione applicata fra le armature il condensatore inizia a scaricarsi, liberando l'energia e le cariche accumulate per alimentare un resistore collegato. Ad ogni modo, il funzionamento e l'impiego dei condensatori in un circuito elettrico variano a seconda del caso che si opera in corrente continua o alternata.

Chiudo con una frase di Thomas Edison:"L'elettrotecnica è la scienza che ci permette di danzare con l'elettricità, orchestrando la sinfonia del progresso."

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.