Condensatori Vs. Resistenze

I condensatori non si comportano allo stesso modo dei resistori. Mentre i resistori consentono un flusso di elettroni attraverso di essi direttamente proporzionale alla caduta di tensione, i condensatori si oppongono ai cambiamenti di tensione disegnando o fornendo corrente mentre caricano o scaricano al nuovo livello di tensione.

Il flusso di elettroni “attraverso” un condensatore è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della tensione attraverso il condensatore. Questa opposizione al cambiamento di tensione è un’altra forma di reattanza, ma esattamente opposta a quella esibita dagli induttori.

Condensatore di un Circuito dalle Caratteristiche

Espressa matematicamente, il rapporto tra la corrente “attraverso” il condensatore e il tasso di cambio tensione attraverso il condensatore è in quanto tale:

L’espressione de/dt è uno da calcolo, il che significa che il tasso di cambio istantaneo di tensione (e) nel corso del tempo, in volt al secondo. La capacità (C) è in Farad e la corrente istantanea (i), ovviamente, è in ampere.

A volte troverai la velocità di variazione istantanea della tensione nel tempo espressa come dv/dt invece di de / dt: usando la lettera minuscola “v” invece o “e” per rappresentare la tensione, ma significa esattamente la stessa cosa. Per mostrare cosa succede con la corrente alternata, analizziamo un semplice circuito condensatore:

Circuito capacitivo puro: la tensione del condensatore rallenta la corrente del condensatore di 90°

Se dovessimo tracciare la corrente e la tensione per questo circuito molto semplice, sarebbe simile a questo:

Forme d’onda del circuito capacitivo puro.

Ricorda, la corrente attraverso un condensatore è una reazione contro il cambiamento di tensione attraverso di esso.

Pertanto, la corrente istantanea è zero ogni volta che la tensione istantanea è a un picco (variazione zero, o pendenza del livello, sull’onda sinusoidale di tensione) e la corrente istantanea è a un picco ovunque la tensione istantanea sia al massimo cambiamento (i punti di pendenza più ripida sull’onda di tensione, dove attraversa la linea dello zero).

Ciò si traduce in un’onda di tensione che è -90° fuori fase con l’onda corrente. Guardando il grafico, l’onda di corrente sembra avere un “vantaggio” sull’onda di tensione; la corrente “conduce” la tensione e la tensione “è in ritardo” rispetto alla corrente.

La tensione ritarda la corrente di 90° in un circuito capacitivo puro.

Come avrete intuito, la stessa insolita onda di potenza che abbiamo visto con il circuito dell’induttore semplice è presente anche nel circuito del condensatore semplice:

In un circuito capacitivo puro, la potenza istantanea può essere positiva o negativa.

Come con il semplice circuito dell’induttore, lo sfasamento di 90 gradi tra tensione e corrente si traduce in un’onda di potenza che si alterna equamente tra positivo e negativo. Ciò significa che un condensatore non dissipa la potenza in quanto reagisce contro i cambiamenti di tensione; semplicemente assorbe e rilascia energia, alternativamente.

La reattanza di un condensatore

L’opposizione di un condensatore al cambiamento di tensione si traduce in un’opposizione alla tensione alternata in generale, che per definizione cambia sempre in grandezza e direzione istantanea.

Per una data grandezza di tensione CA ad una data frequenza, un condensatore di una data dimensione “condurrà” una certa grandezza di corrente CA.

Proprio come la corrente attraverso un resistore è una funzione della tensione attraverso il resistore e la resistenza offerta dal resistore, la corrente AC attraverso un condensatore è una funzione della tensione AC attraverso di esso, e la reattanza offerta dal condensatore.

Come per gli induttori, la reattanza di un condensatore è espressa in ohm e simboleggiata dalla lettera X (o XC per essere più specifici).

Poiché i condensatori “conducono” la corrente in proporzione al tasso di variazione di tensione, passeranno più corrente per tensioni a cambio più rapido (poiché caricano e scaricano agli stessi picchi di tensione in meno tempo) e meno corrente per tensioni a cambio più lento.

Ciò significa che la reattanza in ohm per qualsiasi condensatore è inversamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata.

Reattanza di un condensatore da 100 uF:

si Prega di notare che la relazione di reattanza capacitiva di frequenza è esattamente opposta a quella della reattanza induttiva.

La reattanza capacitiva (in ohm) diminuisce all’aumentare della frequenza CA. Al contrario, la reattanza induttiva (in ohm) aumenta con l’aumentare della frequenza CA. Gli induttori si oppongono alle correnti che cambiano più velocemente producendo maggiori cadute di tensione; i condensatori si oppongono alle cadute di tensione che cambiano più velocemente consentendo correnti maggiori.

Come per gli induttori, il termine 2nf dell’equazione di reattanza può essere sostituito dalla lettera greca minuscola Omega (ω), che è indicata come la velocità angolare del circuito CA. Pertanto, l’equazione XC = 1/(2nfC) potrebbe anche essere scritta come XC = 1/(wC), con ω espressi in unità di radianti al secondo.

La corrente alternata in un circuito capacitivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per la reattanza capacitiva (in ohm), così come la corrente alternata o continua in un circuito resistivo semplice è uguale alla tensione (in volt) divisa per la resistenza (in ohm). Il seguente circuito illustra questa relazione matematica per esempio:

Reattanza capacitiva.

Tuttavia, dobbiamo tenere presente che la tensione e la corrente non sono in fase qui. Come mostrato in precedenza, la corrente ha uno sfasamento di + 90° rispetto alla tensione. Se rappresentiamo matematicamente questi angoli di fase di tensione e corrente, possiamo calcolare l’angolo di fase dell’opposizione reattiva del condensatore alla corrente.

Tensione ritardi corrente di 90° in un condensatore.

Matematicamente, diciamo che l’angolo di fase dell’opposizione di un condensatore alla corrente è -90°, il che significa che l’opposizione di un condensatore alla corrente è una quantità immaginaria negativa. (Vedi figura sopra.) Questo angolo di fase di opposizione reattiva alla corrente diventa di fondamentale importanza nell’analisi del circuito, specialmente per circuiti AC complessi in cui reattanza e resistenza interagiscono.

Si rivelerà utile rappresentare l’opposizione di qualsiasi componente alla corrente in termini di numeri complessi, e non solo quantità scalari di resistenza e reattanza.

RECENSIONE:

• La reattanza capacitiva è l’opposizione che un condensatore offre alla corrente alternata a causa del suo accumulo sfasato e del rilascio di energia nel suo campo elettrico. La reattanza è simboleggiata dalla lettera maiuscola ” X ” e viene misurata in ohm proprio come la resistenza (R).
• La reattanza capacitiva può essere calcolata usando questa formula: XC = 1 / (2nfC)
• La reattanza capacitiva diminuisce con l’aumentare della frequenza. In altre parole, maggiore è la frequenza, meno si oppone (più “conduce”) corrente alternata.

FOGLI DI LAVORO CORRELATI:

• Foglio di lavoro condensatori