Condensatore elettrico: cos'è, funzioni, importanza e altro

Il mondo dell'elettronica è stato il trampolino di lancio di cui la tecnologia aveva bisogno. E questo trampolino di lancio è composto da piccole parti come il condensatore. In questo curioso post imparerai in dettaglio Cos'è un condensatore elettrico?, Le diverse funzioni che vengono applicate con esso e la sua grande importanza in diversi settori.

Condensatore

Per iniziare lo studio del condensatore, spiegheremo prima cos'è un condensatore È un componente elettrico passivo, cioè non genera elettricità da solo, in grado di immagazzinare una carica elettrica e rilasciarla successivamente. Lo puoi trovare come condensatore o condensatore. La carica che mantiene all'interno è un potenziale o differenziale di tensione.

La storia del conte dei donatori nasce nell'anno 1745 quando il tedesco Ewald Georg von Kleist si rese conto che era possibile immagazzinare una carica elettrica. Ciò è avvenuto a seguito di un incidente quando ha collegato un generatore elettrostatico a un volume d'acqua che si trovava all'interno di una brocca o bottiglia di vetro utilizzando un cavo. Quando ha rimosso il cavo e ci ha messo la mano sopra.

Non passava un anno quando il fisico olandese Pieter van Musschenbroek inventò un condensatore con le stesse caratteristiche. In commemorazione dell'università in cui ha lavorato ha chiamato questo condensatore "la bottiglia di Leida".

Come funziona un condensatore?

Ora vediamo come funziona un condensatore y a cosa serve un condensatore?. Il modo in cui riesce ad immagazzinare la carica elettrica è utilizzando due fogli di materiale conduttivo, come il tantalio, che sono separati da un materiale dielettrico, ad esempio aria.

Prima di continuare, è importante non confondere un dielettrico con un materiale completamente isolante. Cioè, tutti i dielettrici sono isolanti, ma questo non rende necessariamente dielettrici tutti gli isolanti. I materiali dielettrici hanno la capacità di diventare conduttivi se sottoposti a una grande carica elettrica e rompere la rigidità dielettrica. Alcuni di questi materiali possono essere: ceramica, carta, cera, vetro, olio, tra gli altri. I materiali completamente isolanti sono quelli che, indipendentemente da quanta carica elettrica viene sottoposta, questo non sarà un conduttore, un esempio è la gomma.

Ora, le armature all'interno del condensatore, essendo alimentate da una fonte di alimentazione, verranno caricate elettricamente in parti uguali ma con segni diversi. Ciò significa che una carica sarà positiva (+ q) e l'altra carica avrà la stessa grandezza ma con una carica negativa (-q), a queste cariche uguali ma segni diversi è quella che viene chiamata la differenza di potenziale o tensione.

In generale, nei condensatori vengono utilizzati aria, carta, tantalio, alluminio e ceramica come materiale dielettrico, inoltre, in alcuni condensatori vengono utilizzate alcune plastiche.

La capacità di memoria di un condensatore o condensatore è calcolata nell'unità di Farad. L'intervallo in cui si trovano la maggior parte dei condensatori elettrici va da pico (pF) a micro (uF) Farad. L'equazione per calcolare la capacità di un condensatore è:

C = q/V

Dove:

q = è la carica immagazzinata da ogni piatto. La sua unità è Coulomb (C)

V = è la tensione, la tensione o il differenziale di potenziale tra i due fogli o conduttori del condensatore. La sua unità è Volt (V)

Applicando questa formula, se assumiamo i valori per il carico 1 e per la tensione 1, ci darebbe 1 Farad. Tuttavia, questo è solo un esempio, poiché un condensatore di questa capacità non esiste perché sarebbe incredibilmente grande. Per avere un'idea, coprirebbe lo spazio di 1000 m².

Ora, se vogliamo conoscere la tensione che un condensatore può immagazzinare conoscendo la carica e i Farad del condensatore, allora possiamo risolvere per la tensione dall'equazione precedente essendo:

V = q/C

Caricare e scaricare un condensatore

Una delle caratteristiche del condensatore è che la sua scarica è progressiva e non immediata. Un condensatore ha un periodo di tempo di scarica. Questa proprietà consente al condensatore di avere altre applicazioni come timer e filtri in un circuito elettrico.

Quando un condensatore è completamente carico, è quando lascia passare la tensione. Quando l'alimentazione viene scollegata, il condensatore inizia a rilasciare gradualmente la tensione verso il carico o l'elemento che consuma la tensione.

Generalmente il condensatore è sempre preceduto da un resistore per motivi di protezione del condensatore. Anche quando un condensatore ha una piccola resistenza interna, è trascurabile e, se non si presta attenzione a proteggerlo, può danneggiarsi e persino esplodere.

Carica del condensatore

Per spiegare semplicemente il comportamento di un condensatore durante la carica, utilizzeremo l'esempio più utilizzato per illustrarlo:

Consideriamo un circuito in cui è presente una fonte di alimentazione come una batteria, un resistore denominato R1 che ha il compito di controllare il passaggio di corrente che raggiungerà il condensatore per proteggerlo. Inoltre, un interruttore che consente al condensatore di caricarsi o scaricarsi e, infine, un resistore chiamato R2 che rappresenterà il dispositivo che consuma la corrente.

In primo luogo, vediamo come è disposto l'interruttore in modo che il condensatore sia in serie con l'alimentatore e la resistenza, a proposito, dobbiamo sottolineare che questa resistenza è chiamata resistenza di carico.

In questo momento il condensatore viene caricato in modo controllato grazie alla resistenza di carica. Questa combinazione di resistore e condensatore consente di impostare i timer di cui abbiamo parlato prima. Ciò è dovuto al fatto che la resistenza impedisce il passaggio di corrente liberamente, quindi la corrente impiega più tempo a viaggiare attraverso il circuito, quindi passa attraverso il condensatore, impiega un po' di tempo per caricarsi.

Il tempo necessario per caricare un condensatore può essere calcolato utilizzando la seguente equazione:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t1: è il tempo di ricarica. La sua unità è millisecondi (me)

R1: è la resistenza di carico. La sua unità è ohm (Ω).

C: è la capacità del condensatore. La sua unità è Farad (F)

Questa equazione permette di affermare che maggiore è la resistenza di carico e/o maggiore è la capacità di un condensatore, maggiore è il tempo di carica. Che può essere verificato nel grafico seguente.

Potresti chiederti cosa succederebbe se non impostassimo la resistenza di carico. In teoria il condensatore si caricherebbe immediatamente. Ma, come accennato in precedenza, questo non è raccomandato poiché i condensatori possono ricevere solo una piccola corrente. Se ricordiamo la legge di Ohm possiamo vedere che:

io = V / R

Dove:

I: è la corrente. La sua unità è Ampere (A)

V: è la tensione. La sua unità è Volt (V)

R: è resistenza. La sua unità è l'Ohm (Ω)

Se la resistenza tendesse o fosse uguale a 0, ciò implicherebbe che la corrente sarebbe praticamente infinita, o comunque molto grande. Il condensatore può supportare solo l'alimentazione da una corrente inferiore. In breve, se non viene posizionato alcun tipo di resistore di carico, è possibile che il condensatore non possa sopportare quella corrente e si bruci.

Ora supponiamo che il condensatore si sia già caricato, quindi cosa succede? Torniamo alla legge di Ohm, all'aumentare della tensione, e poiché il valore della resistenza viene mantenuto, il valore della corrente tende a zero.

Come già sappiamo, la funzione del condensatore è quella di immagazzinare tensione o tensione. Ciò significa che quando il condensatore si carica, in quel punto c'è una tensione più alta. Poiché la resistenza non cambia valore, la corrente tende a zero. In breve, una volta che un condensatore è carico, si comporta come un circuito aperto o un interruttore che impedisce il passaggio di corrente, anche se in quel punto ci sarà tensione o tensione.

Scarico del condensatore

Presentiamo ora il caso inverso. Nel momento in cui l'interruttore cambia posizione e il condensatore è posto in serie con il resistore R2, il condensatore inizierà a scaricarsi. Perché?Beh, perché la resistenza R2 rappresenta il consumo del circuito, e questa resistenza richiederà di essere alimentata quando il circuito in cui è chiusa. Questa alimentazione sarà fornita dal condensatore, scaricando la differenza di potenziale che ha immagazzinato.

Come per il carico, lo scarico non è immediato, ma progressivo. E come per la ricarica, l'equazione per stimare il tempo di scarica è la stessa. Ciò significa che il tempo necessario per scaricare il condensatore dipende dalla resistenza di R2 e dalla capacità del condensatore. Allo stesso modo, qui aggiorniamo di nuovo l'equazione:

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t2: è il tempo di ricarica. La sua unità è millisecondi (ms)

R2: è la resistenza di carico. La sua unità è ohm (Ω).

C: è la capacità del condensatore. La sua unità è Farad (F)

Questo tipo di circuito potrebbe controllare, ad esempio, il tempo di accensione di un dispositivo.

Il condensatore come filtro

Un'altra applicazione per la quale i condensatori sono usati frequentemente è come filtro. Ciò è possibile grazie alla sua caratteristica di caricarsi e scaricarsi gradualmente, e questo fenomeno viene utilizzato per pulire le impurità dai segnali o dall'onda elettrica.

Se prendiamo come esempio il circuito iniziale, ma in questo caso con un alimentatore in corrente alternata. Il condensatore inizierà a caricarsi fino a raggiungere la sua massima capacità di accumulo, quindi il flusso di corrente cesserà e il carico inizierà ad essere alimentato dalla tensione presente nel condensatore. Non appena il condensatore inizia a scaricarsi, l'alimentatore procede alla ricarica del condensatore senza attendere che si scarichi completamente.

Questo può essere visivamente più facile da capire:

Come si vede, l'onda dell'alimentazione alternata è sinusoidale e grazie alla proprietà del condensatore è possibile rettificare l'onda in un'alimentazione diretta. Questo è molto utile per gli alimentatori utilizzati, ad esempio, dai computer. Molti dispositivi non possono funzionare con corrente alternata ma con corrente continua ed è allora che entrano gli alimentatori come intermediari. Naturalmente, questi alimentatori hanno molti più componenti per raggiungere questo obiettivo.

 Tipi di condensatori

Condensatori o condensatori possono avere classificazioni diverse. Successivamente, inizieremo classificando i condensatori in base al loro tipo di dielettrico:

A causa del suo dielettrico

I condensatori sono classificati in base al dielettrico che hanno. Esistono i cosiddetti condensatori elettrolitici, sono quelli che hanno una polarità, cioè hanno un terminale positivo o "gamba" e un terminale negativo. Se sono collegati con la polarità invertita, il condensatore sarà danneggiato.

Questi condensatori elettrolitici, a differenza di altri condensatori, utilizzano un liquido ionico conduttivo. Questo liquido è una soluzione chimica, che è comunemente composta da acido borico o borato di sodio con zuccheri di glicole etilenico. Questo liquido entra in sostituzione di una delle piastre o fogli conduttivi del condensatore.

A differenza dei condensatori elettrolitici, i condensatori il cui dielettrico è aria, ceramica, carta o altro non hanno una polarità prestabilita. Inoltre, hanno due piastre all'interno e nessun liquido interno.

Entrambi i tipi di condensatori hanno le loro applicazioni, quindi non è stato possibile sostituire i condensatori tra loro anche se hanno dielettrici diversi.

In breve, ci sono condensatori:

• Elettrolitico
• Ceramica
• Di carta
• d'aria
• Condensatore variabile

Fisso o variabile

Come i resistori, ci sono condensatori con una capacità fissa e anche condensatori la cui capacità può essere variata. Ciò si ottiene regolando lo spazio tra le loro piastre usando una manopola, come un potenziometro o un resistore variabile.

Secondo la sua forma

I condensatori possono variare il loro design, i condensatori esistenti a disco, a perla e tubolari, come mostrato di seguito rispettivamente.

Condensatori Codice

Esistono dei condensatori che indicano il loro valore di capacità tramite una tabella di colori, molto simile a quella utilizzata dai resistori.

Codice colore

Il primo colore indica il valore del primo, il secondo quello della seconda cifra, il terzo è l'esponente che sale a 10, cioè 10 verrà elevato al numero che il terzo colore rappresenta. Il quarto colore indica la percentuale di variazione, cioè può essere ad esempio del 10% in più o del 10% rispetto al valore che indica la portata. Il quinto colore, infine, indica la tensione o la tensione di carica. Tutti questi condensatori hanno picofarad per unità.

Il valore dei colori è riportato in una tabella commerciale che è la seguente:

codice giapponese

Esiste un altro tipo di codice per identificare la capacità di un condensatore è un tipo di codice chiamato codice giapponese o codice 101. Questo codice è composto da tre numeri visibili sul condensatore.

Le prime due cifre formano un numero che deve essere moltiplicato per 10 elevato al terzo numero, mantenendo il picofarad come unità. Ad esempio:

Questo condensatore ha per codice i numeri 104. Quindi il modo per calcolare la capacità di questo condensatore è:

10 X 10⁴ = 100000 pF = 0,1 uF

Codice alfanumerico

Esiste un altro codice per identificare il materiale e la capacità di un condensatore, che utilizza la combinazione di lettere e numeri. Esistono molti modi per presentare questo codice che combinano numeri e lettere, e sono così vari che non vale davvero la pena impararli, quindi si consiglia invece di consultare la scheda tecnica del produttore.

Condensatori in serie e in parallelo

Come i resistori, la posizione dei condensatori in serie o in parallelo genera un comportamento nella capacità totale. Iniziamo ad osservare il fenomeno che si verifica quando i condensatori sono in serie.

Condensatori in serie

Quando i condensatori sono in serie, la capacità di ciascun condensatore agisce come segue:

L'equazione nasce:

Vet = V1 + V2

Dove:

Vt: tensione totale

V1: tensione del primo condensatore

V2: tensione del secondo condensatore

Torniamo all'equazione per calcolare la capacità del condensatore:

C = q/V

Dove:

q = è la carica immagazzinata da ogni piatto. La sua unità è Coulomb (C)

V = è la tensione, la tensione o il differenziale di potenziale tra i due fogli o conduttori del condensatore. La sua unità è Volt (V)

E che era possibile cancellare V nel modo seguente:

V = q/C

Ora, se sostituiamo ogni V di ciascun condensatore nel circuito con l'espressione precedente, otteniamo quella;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn

Condensatori in parallelo

In questo caso, essendo i condensatori in parallelo, la tensione che riceve ogni condensatore è la stessa di quella dell'alimentatore, quindi dobbiamo:

Vt = V1 = V2 = V3… Vn

dove

Vt: è la tensione totale o sorgente

V1: Tensione del primo condensatore

V2. Seconda tensione del condensatore

V3: Tensione del terzo condensatore

Ancora, se torniamo all'espressione che ci permette di stimare il valore della tensione in funzione del carico e del valore della capacità:

V = q/C

E procediamo a sostituire ogni V di ciascun condensatore del circuito con l'espressione precedente, otteniamo che:

C = C1 + C2 + C3… + Cn

Usi del condensatore

Il condensatore è uno dei componenti più basilari dell'elettronica. È quasi impossibile menzionare un dispositivo oggi che non richieda condensatori nella sua progettazione. Di seguito menzioneremo alcune delle applicazioni più comuni in cui si trova il condensatore.

• Batterie e memorie: Grazie alla sua capacità di accumulo è possibile posizionare più condensatori in parallelo per aumentare la capacità di carica.
• filtri: Trovano largo impiego nelle reti elettriche in quanto possono eliminare l'ondulazione e il rumore dalla rete, o in caso contrario, in modo che le armoniche generate dalle reti elettriche interne vengano filtrate prima di ritornare in rete. Nelle telecomunicazioni, la sua capacità di filtraggio è ampiamente utilizzata per stabilire bande di frequenza e anche per ridurre o eliminare le interferenze.
• Fonti di alimentazione: Il suo comportamento graduale di carica e scarica consente il raddrizzamento dell'onda, indispensabile negli alimentatori per trasformare le correnti alternate in correnti continue, poiché la maggior parte dei dispositivi elettronici funziona internamente con corrente continua, ma il servizio elettrico funziona con corrente alternata. Ecco perché le fonti di alimentazione sono necessarie per il funzionamento delle apparecchiature e, tra i componenti che le compongono, il condensatore svolge un ruolo insostituibile.
• Adattatori di impedenza: I condensatori possono scaricare e caricare energia in periodi di tempo praticamente trascurabili, e questo consente alla resistività di risuonare insieme ad altri componenti, in modo che due circuiti con impedenze diverse possano essere accoppiati o lavorati insieme.

Tuttavia, questi sono solo alcuni dei suoi pochi usi che possiamo menzionare. I condensatori hanno applicazioni in elettronica, grandi reti elettriche, telecomunicazioni e altri. Dai nostri computer, telefoni cellulari, frigoriferi, orologi digitali, televisori e molte altre invenzioni, hanno condensatori al loro interno come parte essenziale dell'insieme che forma e dà vita a dispositivi o apparecchiature.

Conclusioni

Le applicazioni che l'elettronica ha oggi sono così importanti nella nostra vita quotidiana che è praticamente impossibile sopravvivere in un mondo in cui non esiste più. E questo vasto mondo di tecnologia avanzata inizia nelle sue basi più umili come ogni componente che fa parte dell'elettronica.

È il caso del condensatore, un componente realizzato con materiali molto semplici, lo rende uno dei componenti base dell'elettronica, ma è proprio grazie al suo comportamento che è impossibile che non si trovi in ​​tutti i dispositivi elettronici esistenti .

Indubbiamente, il progresso dell'elettronica è stato un driver fondamentale che ha aperto la strada al progresso delle tecnologie in varie discipline. E anche se il condensatore da solo non è molto utile se combinato con altri componenti, apparecchiature sofisticate come Schede di memoria RAM, computer, robot, droni, telefoni cellulari, server e molto altro ancora.