Cos'è un condensatore e come definire sperimentalmente la capacità.

PREMESSA  AL  CONDENSATORE 

Immaginiamo di caricare due dischi metallici, piani  e  paralleli,  di  cui  si  possa  variare  la distanza,  con una  d.d.p. abbastanza  alta, di almeno un migliaio di volt). Chiudiamo il tasto  t  per caricare il condensatore C.

Il generatore, per caricare i due dischi (o armature), ha sottratto una  certa carica + Q  all'armatura di destra, che perciò rimane carica negativamente, e l'ha portata su quella di sinistra.

Le due armature,cariche di segno opposto,  si  attirano  e  ci  sembra  lecito aspettarsi che, se le allontaniamo, dopo  aver  riaperto il tasto  t la d.d.p. V, debba aumentare (mentre le cariche rimarranno costanti), dato che il generatore è stato staccato.

Questa previsione  è  basata  sull'analogia (meccanica)  con una molla che viene allungata, per la quale  il  lavoro  fatto produce un aumento della sua energia potenziale (elastica).

L'esperienza conferma le nostre aspettative ed infatti il voltmetro o anche un  comune elettroscopio  rivela un aumento della d.d.p. fra le armature.

Quindi due lastre conduttrici,  separate da un isolante, che nel nostro caso  è  l'aria,  consentono di accumulare cariche elettriche con una d.d.p. che è tanto minore, quanto minore è la loro distanza.

Se paragoniamo la  d.d.p. al  livello  e  la carica  alla quantità di un liquido contenuto in un recipiente,  comprendiamo che due lastre conduttrici realizzano per le cariche elettriche un insieme di  capacità  tanto maggiore, quanto maggiore è la loro superficie e quanto minore è la loro distanza 

Un condensatore può essere paragonato ad un ' magazzino di carica ' a dislivello elettrico (d.d.p.)  relativamente basso.

DIRETTA  PROPORZIONALITA’  FRA  CARICA  E  DIFFERENZA  DI  POTENZIALE

Quando un circuito è percorso da una corrente d'intensità costante e si è interessati al valore della carica elettrica che in un certo tempo ha attraversato una sezione qualsiasi  del circuito,  basta  moltiplicare l'intensità della corrente per il tempo : (1)   q = i _* t .

Se l'intensità della corrente è variabile  e  di durata molto breve (quale è ad es. quella di scarica di un condensatore), non è più possibile usare la formula (1).

Ma se la durata dell’impulso di corrente  è piccola in confronto al periodo proprio di oscillazione dello strumento di misura, (un  sensibile galvanometro), si  può  dimostrare  che  la  deviazione massima dell'indice di questo  è  proporzionale alla carica totale che l'ha attraversato

q = k _* N_(max)  ... (regime BALISTICO) .

k è detta ' costante balistica ' e rappresenta (come numero) la carica che produrrebbe la deviazione massima di una divisione.

 Col circuito disegnato potremo verificare  che  il  rapporto  fra  il  valore assoluto  della  carica e la corrispondente d.d.p. fra le sue armature è costante.

Spostando il commutatore in posizione 0-1 si carica il condensatore alla d.d.p. V_o e dopo, spostando il commutatore in posizione 0-2, lo si scarica sul galvanometro balistico GB, avendo scelto una posizione del cursore del reostato e quindi della d.d.p. a cui si è caricato il condensatore ad un valore tale che il galvanometro vada quasi al fondo scala.

Quindi si ricarica il condensatore ad una d.d.p. metà della precedente.

Si potrà verificare che si dimezza anche la deviazione massima. Ciò proverà che ' q ' e ' V ' sono direttamente proporzionali.

Il rapporto  q / V  =  C  è detto capacità (elettrica) del condensatore considerato.

Avrebbe  la  capacità unitaria  di  1 Farad  e  si scrive 1 (F),  quell'ipotetico condensatore  che  con  una d.d.p. di  1 V  fra le sue armature assumerebbe una carica di 1 Coulomb (dei due segni).

La capacità di 1 F è immensa, impossibile da realizzare e quelle usuali sono espresse in  microfarad o picofarad, essendo :   1 µ F = 10^-6   (F)     e     1 pF = 10^-12 (F).

Così come una stessa quantità di un liquido assume un livello minore in quello di capacità volumetrica maggiore, così una stessa quantità di carica q produce una  d.d.p.  V  (paragonabile al livello) minore, quanto maggiore è la capacità del condensatore.

Anni fa ricordo che un condensatore rimasto carico dopo lo spegnimento di un’apparecchiatura,  uccise un operatore … distratto.

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