Energia immagazzinata in un condensatore
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Formula dell’energia immagazzinata
Un condensatore elettrico (spesso chiamato anche condensatore) è un dispositivo passivo, usato in elettricità e in elettronica, capace di immagazzinare energia sostenendo un campo elettrico. [1][2] Consiste in una coppia di superfici conduttrici, di solito sotto forma di fogli o piastre, in una situazione di influenza totale (cioè, tutte le linee di campo elettrico da una vanno all’altra) separate da un materiale dielettrico o dal vuoto. 3] Le piastre, sottoposte a una differenza di potenziale, acquisiscono una certa carica elettrica, positiva su una di esse e negativa sull’altra, essendo la variazione di carica totale nulla.
Anche se dal punto di vista fisico un condensatore non immagazzina carica o corrente elettrica, ma semplicemente energia meccanica latente, quando viene introdotto in un circuito, si comporta in pratica come un elemento “capace” di immagazzinare l’energia elettrica che riceve durante il periodo di carica, la stessa energia che poi cede durante il periodo di scarica.
L’energia immagazzinata in un condensatore esercita
La carica immagazzinata in una delle piastre è proporzionale alla differenza di potenziale tra questa piastra e l’altra, la costante di proporzionalità è chiamata capacità. Nel Sistema Internazionale di Unità si misura in Farad (F), 1 farad è la capacità di un condensatore in cui, quando le sue armature sono sottoposte a una d.d.p. di 1 volt, acquisiscono una carica elettrica di 1 coulomb.
La capacità di 1 farad è molto più grande di quella della maggior parte dei condensatori, quindi in pratica la capacità è di solito data in micro- µF = 10-6, nano- nF = 10-9 o pico- pF = 10-12 -farad. I condensatori fatti da supercondensatori (EDLC) sono l’eccezione. Sono fatti di carbone attivo per ottenere una grande area relativa e hanno una separazione molecolare tra le “piastre”. Si ottengono capacità dell’ordine di centinaia o migliaia di farad. Uno di questi condensatori è incorporato nell’orologio Kinetic di Seiko, con una capacità di 1/3 Farad, rendendo inutile una batteria. Viene anche utilizzato nei prototipi di auto elettriche.
A cosa serve un condensatore?
Presentazione dell’argomento: “Energia immagazzinata da un condensatore carico Il processo di carica di un condensatore consiste nel passaggio di elettroni dalla piastra a potenziale superiore a quella a potenziale inferiore.”- Trascrizione della presentazione:
Energia immagazzinata da un condensatore carico Il processo di carica di un condensatore consiste nel passaggio di elettroni dalla piastra a potenziale superiore a quella a potenziale inferiore, un’attività che richiede consumo di energia. Questo lavoro viene eseguito dall’alimentazione. + –
Supponiamo che il processo di carica inizi con entrambe le piastre completamente scariche, ad un certo stadio del processo di carica, la carica su ogni piastra è q e la d.d.p. è V ab: condensatore scaricato. Condensatore carico Il lavoro fatto dall’alimentazione per aumentare di dq, la quantità di carica su ogni piastra è:
Ricordando che: E considerando che U i =0 è l’energia immagazzinata dal condensatore quando è scarico, si ottiene che l’energia immagazzinata, quando la carica sulle piastre è Q : Che è equivalente a:
Formula dell’energia immagazzinata di un condensatore
Energia immagazzinata di un condensatoreNazmul Hasan ShiponImmaginate che i due terminali di un condensatore a piastre parallele siano collegati ai due terminali di una batteria con differenza di potenziale elettrico.
Tuttavia, non possiamo dire quanta energia la batteria ha perso durante la carica, perché dipende dai dettagli del circuito. Se il condensatore e la batteria sono collegati da fili ideali, l’energia persa dalla batteria è uguale a quella guadagnata dal condensatore. Tuttavia, se il circuito contiene un resistore, ci saranno anche perdite di calore Joule, e circuiti più complessi possono comportare altre perdite (ad esempio radiazione di onde EM, energia trasferita al movimento meccanico di un motore, ecc.)
. Questo è valido per qualsiasi dipendenza temporale arbitraria della corrente. In alternativa, scrivi l’equazione differenziale per un circuito RC e risolvila per trovare la corrente in funzione del tempo. Troverete che l’energia dissipata nella resistenza (