Diversi condensatori, minuscoli componenti elettrici cilindrici, sono saldati a questa scheda madre. PETER DAZELEY/GETTY IMAGES

In un certo senso, un condensatore è un po' come una batteria. Sebbene funzionino in modi completamente diversi, sia i condensatori che le batterie immagazzinano energia elettrica. Se hai letto  Come funzionano le batterie, allora sai che una batteria ha due terminali. All'interno della batteria, le reazioni chimiche producono elettroni su un terminale e l'altro terminale li assorbe quando si crea un circuito. Un condensatore è molto più semplice di una batteria, poiché non può produrre nuovi elettroni, li immagazzina solo. Un condensatore è così chiamato perché ha la "capacità" di immagazzinare energia.

Un condensatore è un po' come una batteria.

In questo articolo impareremo esattamente cos'è un condensatore, cosa fa e come viene utilizzato in elettronica. 

I condensatori possono essere prodotti per qualsiasi scopo, dal più piccolo condensatore di plastica nella tua calcolatrice, a un ultracondensatore che può alimentare un bus per pendolari. Ecco alcuni dei vari tipi di condensatori e come vengono utilizzati.

• Aria: spesso utilizzato nei circuiti di sintonizzazione radio
• Mylar: Più comunemente usato per circuiti timer come  orologi, allarmi e contatori
• Vetro: buono per applicazioni ad alta tensione
• Ceramica: utilizzata per scopi ad alta frequenza come antenne, raggi X e macchine per risonanza magnetica
• Super condensatore: alimenta  auto elettriche e ibride

All'interno di un condensatore, i terminali  si collegano a due piastre metalliche  separate da una sostanza non conduttiva, o  dielettrico. Puoi facilmente  creare un condensatore  da due pezzi di foglio  di alluminio  e un pezzo di carta (e alcune clip elettriche). Non sarà un condensatore particolarmente buono in termini di capacità di immagazzinamento, ma funzionerà.

In teoria, il dielettrico può essere qualsiasi sostanza non conduttiva. Tuttavia, per applicazioni pratiche, vengono utilizzati materiali specifici che meglio si adattano alla funzione del condensatore. Mica, ceramica, cellulosa, porcellana, Mylar, Teflon e persino aria sono alcuni dei materiali non conduttivi utilizzati. Il dielettrico determina che tipo di condensatore è e per cosa è più adatto. A seconda delle dimensioni e del tipo di dielettrico, alcuni condensatori sono migliori per usi ad alta frequenza, mentre altri sono migliori per applicazioni ad alta tensione.

Circuito del condensatore

Quando colleghi un condensatore a una batteria, ecco cosa succede:

• La piastra sul condensatore che si attacca al terminale negativo della batteria accetta gli elettroni che la batteria sta producendo.
• La piastra sul condensatore che si attacca al terminale positivo della batteria perde elettroni alla batteria.

Una volta caricato, il condensatore ha la stessa  tensione  della batteria (1,5 volt sulla batteria significa 1,5 volt sul condensatore). Per un piccolo condensatore, la capacità è piccola. Ma i grandi condensatori possono contenere una buona carica. Puoi trovare condensatori grandi come lattine di soda che mantengono una carica sufficiente per accendere una torcia per un minuto o più.

Anche la natura mostra il condensatore al lavoro sotto forma di fulmine. Un piatto è la  nuvola, l'altro piatto è il terreno e il fulmine è la carica che si libera tra questi due "piatti". Ovviamente, un condensatore così grande può contenere una carica enorme!

Diciamo che colleghi un condensatore come questo:

Questo diagramma mostra come un condensatore si collega a una batteria.

Qui hai una batteria, una lampadina e un condensatore. Se il condensatore è abbastanza grande, ciò che noterai è che, quando colleghi la batteria, la lampadina si accende mentre la corrente scorre dalla  batteria  al condensatore per caricarlo. La lampadina diventerà progressivamente più fioca e alla fine si spegnerà una volta che il condensatore raggiunge la sua capacità. Se quindi rimuovi la batteria e la sostituisci con un filo, la corrente fluirà da una piastra all'altra del condensatore. La lampadina si accenderà inizialmente e poi si attenuerà man mano che il condensatore si scarica, finché non è completamente spento.

Nella prossima sezione, impareremo di più sulla capacità e daremo uno sguardo dettagliato ai diversi modi in cui vengono utilizzati i condensatori.

Come una torre dell'acqua

Un modo per visualizzare l'azione di un condensatore è immaginarlo come una  torre d'acqua  agganciata a un tubo. Una torre dell'acqua "immagazzina" la pressione dell'acqua: quando le pompe del sistema idrico producono più acqua di quella necessaria a una città, l'eccesso viene immagazzinato nella torre dell'acqua. Quindi, nei momenti di forte richiesta, l'acqua in eccesso fuoriesce dalla torre per mantenere alta la pressione. Un condensatore immagazzina gli elettroni allo stesso modo e può rilasciarli successivamente.

Farad

Una vista di un componente elettronico chiamato condensatore a film. Un condensatore è un dispositivo che immagazzina energia elettrica in un campo elettrico. JAVIER ZAYAS FOTOGRAFIA/GETTY IMAGES

Il potenziale di immagazzinamento di un condensatore, o  capacità, è misurato in unità chiamate  farad. Un condensatore da 1 farad può immagazzinare un coulomb (coo-lomb) di carica a 1 volt. Un coulomb è 6,25e18 (6,25 * 10 ^ 18, o 6,25 miliardi di miliardi)  di elettroni. Un  amplificatore  rappresenta una velocità di flusso di elettroni di 1 coulomb di elettroni al secondo, quindi un condensatore da 1 farad può contenere 1 ampere-secondo di elettroni a 1 volt.

Un condensatore da 1 farad sarebbe in genere piuttosto grande. Potrebbe essere grande come una scatoletta di tonno o una bottiglia di soda da 1 litro, a seconda della tensione che può sopportare. Per questo motivo, i condensatori sono generalmente misurati in microfarad (milionesimi di farad).

Per avere una prospettiva su quanto è grande un farad, pensa a questo:

•  Una batteria  AA alcalina standard contiene circa 2,8 amperora.
• Ciò significa che una batteria AA può produrre 2,8 ampere per un'ora a 1,5 volt (circa 4,2 wattora - una batteria AA può accendere una lampadina a incandescenza da 4 watt per poco più di un'ora).
• Chiamiamolo 1 volt per semplificare i calcoli. Per immagazzinare l'energia di una batteria AA in un condensatore, sarebbero necessari 3.600 * 2,8 = 10.080 farad per mantenerla, perché un ampere-ora è 3.600 ampere-secondo.

Se ci vuole qualcosa delle dimensioni di una scatoletta di tonno per contenere un farad, allora 10.080 farad occuperanno MOLTO più spazio di una singola batteria AA! Non è pratico utilizzare condensatori per immagazzinare una quantità significativa di energia a meno che non lo si faccia ad alta tensione.

Applicazioni

La differenza tra un condensatore e una batteria è che un condensatore può scaricare tutta la sua carica in una minuscola frazione di secondo, mentre una batteria impiegherebbe alcuni minuti per scaricarsi completamente. Ecco perché il flash elettronico su una  fotocamera  utilizza un condensatore: la batteria carica il condensatore del flash per diversi secondi, quindi il condensatore scarica l'intera carica nel tubo del flash quasi istantaneamente. Ciò può rendere estremamente pericoloso un grande condensatore carico: le unità flash e  i televisori  hanno avvertimenti sull'apertura per questo motivo. Contengono grandi condensatori che possono potenzialmente ucciderti con la carica che contengono.

I condensatori sono utilizzati in diversi modi nei circuiti elettronici:

A volte, i condensatori vengono utilizzati per immagazzinare la carica per l'uso ad alta velocità. Questo è ciò che fa un lampo. Anche i grandi laser utilizzano questa tecnica per ottenere lampi molto luminosi e istantanei.

I condensatori possono anche eliminare le increspature elettriche. Se una linea che trasporta tensione CC presenta increspature o picchi, un grande condensatore può uniformare la tensione assorbendo i picchi e riempiendo gli avvallamenti.

Un condensatore può bloccare la tensione CC. Se colleghi un piccolo condensatore a una batteria, non scorrerà corrente tra i poli della batteria una volta che il condensatore si carica. Tuttavia, qualsiasi segnale di corrente alternata (CA) scorre attraverso un condensatore senza impedimenti. Questo perché il condensatore si caricherà e si scaricherà mentre la corrente alternata fluttua, facendo sembrare che la corrente alternata stia scorrendo.

Nella prossima sezione, esamineremo la storia del condensatore e come alcune delle menti più brillanti hanno contribuito al suo progresso.

Fonte: howstuffworks