Condensatore a placche parallele: definizione formula e applicazioni
Un condensatore a placche parallele è un dispositivo in grado di immagazzinare carica elettrica ed energia sotto forma di campo elettrico tra due piastre conduttive. Le piastre sono separate da una piccola distanza e sono collegate a una tensione, come una batteria. Lo spazio tra le piastre può essere riempito con aria, vuoto o un materiale dielettrico, che è un isolante che può essere polarizzato da un campo elettrico.
Cos'è un Condensatore a Placche Parallele?
Un condensatore a placche parallele è definito come un arrangiamento di due piastre metalliche di area uguale A e carica opposta Q, separate da una distanza d. Le piastre sono collegate a una sorgente di tensione V, che crea una differenza di potenziale elettrico tra di loro. Il campo elettrico E tra le piastre è uniforme e perpendicolare alle piastre, come mostrato nella Figura 1.
Il campo elettrico E tra le piastre è dato da:
dove V è la tensione tra le piastre, d è la separazione tra le piastre, σ è la densità di carica superficiale su ciascuna piastra, e ϵ0 è la permeabilità del vuoto.
Il campo elettrico E induce una polarizzazione P nel materiale dielettrico, che è il momento dipolare per unità di volume del materiale. La polarizzazione P riduce il campo elettrico effettivo E all'interno del dielettrico e aumenta la capacità C del condensatore.
La capacità C di un condensatore a placche parallele è il rapporto tra la carica Q su ciascuna piastra e la tensione V tra le piastre:
La capacità C dipende dalla geometria delle piastre e dal materiale dielettrico tra di esse. Per un condensatore a placche parallele con aria o vuoto tra le piastre, la capacità C è data da:
dove A è l'area di ciascuna piastra e d è la separazione tra le piastre.
Per un condensatore a placche parallele con un materiale dielettrico tra le piastre, la capacità C è data da:
dove k è la permittività relativa o costante dielettrica del materiale, che è una quantità adimensionale che misura quanto facilmente il materiale può essere polarizzato da un campo elettrico.
La permittività relativa k di un materiale dielettrico è sempre maggiore o uguale a 1. Più alto è il valore di k, più carica può essere immagazzinata sul condensatore per una determinata tensione, e quindi maggiore sarà la capacità.
Applicazioni dei Condensatori a Placche Parallele
I condensatori a placche parallele hanno molte applicazioni in vari campi della scienza e dell'ingegneria. Alcune di queste sono:
Filtraggio: I condensatori a placche parallele possono essere utilizzati per filtrare frequenze indesiderate o rumore da un segnale elettrico. Ad esempio, possono bloccare i segnali di corrente continua (CC) e permettere ai segnali di corrente alternata (CA) di passare. Possono anche essere utilizzati per smussare le fluttuazioni di tensione nelle alimentazioni elettriche.
Sintonizzazione: I condensatori a placche parallele possono essere utilizzati per sintonizzare circuiti elettrici a una frequenza desiderata. Ad esempio, possono essere utilizzati in radio, televisori e altri dispositivi di comunicazione per selezionare un canale o una banda di frequenza specifica.
Rilevazione: I condensatori a placche parallele possono essere utilizzati per rilevare grandezze fisiche come pressione, temperatura, umidità, spostamento, ecc. Ad esempio, possono essere utilizzati in microfoni, termometri, igrometri, accelerometri, ecc. La capacità di un condensatore a placche parallele cambia con queste grandezze fisiche a causa dei cambiamenti nella distanza tra le piastre o nel materiale dielettrico tra di esse.
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