Un condensatore ha una capacità specifica. Se la capacità richiesta non è disponibile, è possibile collegare due o più condensatori per ottenere la capacità desiderata. Per collegare correttamente i condensatori, è essenziale una conoscenza approfondita dei circuiti a condensatori.
Prima di studiare i circuiti con condensatori, è fondamentale comprenderne i simboli.
Di seguito. Le due linee verticali nel simbolo del condensatore rappresentano i due conduttori in un condensatore a piastre parallele. Nel simbolo della batteria, la linea verticale più lunga rappresenta il potenziale alto (+) e la linea verticale più corta rappresenta il potenziale basso (-). Le linee orizzontali sia nel simbolo del condensatore che in quello della batteria rappresentano i fili.
Circuito in serie
Due condensatori collegati come mostrato a sinistra sono detti condensatori in serie. L'immagine a destra mostra un condensatore di ricambio con una capacità pari alla somma della capacità dei due condensatori collegati in serie.
Inizialmente, entrambi i condensatori non sono elettricamente carichi. Dopo essere stati collegati alla batteria, la piastra superiore del condensatore C1 , collegata al polo positivo della batteria, si carica positivamente perché gli elettroni si spostano verso l'esterno, mentre la piastra inferiore del condensatore C2 , collegata al polo negativo della batteria, si carica negativamente perché riceve elettroni. Gli elettroni, carichi negativamente, si muovono perché attratti dal polo positivo della batteria, che è carico positivamente. Successivamente, questi elettroni vengono respinti dal polo negativo della batteria, che è carico negativamente, verso la piastra inferiore del condensatore C2 . La piastra superiore del condensatore C1 , che è carica positivamente, attrae gli elettroni dalla piastra superiore del condensatore C2, in modo che gli elettroni si spostino verso la piastra inferiore del condensatore C1 . Di conseguenza, la piastra inferiore del condensatore C1 si carica negativamente e la piastra superiore del condensatore C2 si carica positivamente.
La carica negativa che esce dalla piastra superiore del condensatore C1 è uguale alla carica negativa che entra nella piastra inferiore del condensatore C2 , e la piastra superiore del condensatore C1 riceve una carica positiva uguale alla carica negativa che ne esce. Allo stesso modo, la carica negativa sulla piastra inferiore del condensatore C1 è uguale alla carica positiva sulla piastra superiore del condensatore C2 . Quindi ogni piastra conduttrice ha la stessa quantità di carica, ma di segno diverso: la piastra superiore del condensatore C1 ha una carica +Q, la piastra inferiore del condensatore C2 ha una carica -Q, la piastra superiore del condensatore C2 ha una carica +Q e la piastra inferiore del condensatore C2 ha una carica -Q. In un circuito in serie, la quantità di carica elettrica sul condensatore C1 ( Q1 ) = la quantità di carica elettrica sul condensatore C2 ( Q1 ) = Q.
Che dire del potenziale elettrico? In un circuito in serie, il potenziale elettrico sul condensatore di ricambio è uguale al potenziale elettrico su ciascun condensatore, V = V1 + V2. potenziale elettrico sul condensatore C1 è V1 = Q/C1, il potenziale elettrico sul condensatore C2 è V2 = Q/C2 e il potenziale elettrico sul condensatore di ricambio è V = Q/C.
V = V1 + V2
Q/C = Q/C1 + Q/C2
Q/C = Q (1/C1 + 1/C2)
1/C = 1/C1 + 1/C2
Se ci sono tre condensatori collegati in serie, la formula precedente si trasforma in:
1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3
Se ci sono quattro condensatori, aggiungere 1/C4Allo stesso modo, se ci sono cinque condensatori, e così via. Questa è la formula per determinare la capacità del condensatore di ricambio per condensatori collegati in serie.
Supponiamo C1 è 2 e C2 se è 1 allora la capacità del condensatore di ricambio è:
1/C = 1/C1 + 1/C2 = 1/2 + 1/1 = 1/2 + 2/2 = 3/2
C/1 = C = 2/3
In base a questo calcolo, si conclude che la capacità del condensatore di ricambio è inferiore alla capacità di ciascun condensatore collegato in serie.
Circuito parallelo
Due condensatori collegati come mostrato a sinistra sono detti condensatori in parallelo. L'immagine a destra mostra un condensatore equivalente con una capacità pari alla somma della capacità dei due condensatori collegati in parallelo.
Le piastre superiori dei condensatori C1 e C2 sono collegate al terminale positivo della batteria, quindi presentano un potenziale elettrico elevato. Allo stesso tempo, le piastre inferiori dei condensatori C1 e C2 sono collegate al terminale negativo della batteria, quindi presentano anch'esse un potenziale elettrico basso. Pertanto, si può concludere che ciascun condensatore collegato in parallelo ha una differenza di potenziale pari alla differenza di potenziale della batteria (V1 = V2 = V).
Quando due condensatori in parallelo sono collegati a una batteria, il polo positivo della batteria attrae gli elettroni verso la piastra superiore, mentre il polo negativo li respinge verso la piastra inferiore, provocando così uno spostamento degli elettroni dalla piastra superiore a quella inferiore. Le due piastre superiori perdono elettroni, caricandosi positivamente, mentre le due piastre inferiori acquistano elettroni, caricandosi negativamente. Il trasferimento di elettroni si arresta quando la differenza di potenziale tra le due piastre conduttrici è uguale alla differenza di potenziale della batteria.
La piastra superiore del condensatore C1 e la piastra inferiore del condensatore C2 immagazzinano la stessa carica elettrica, ma con segno opposto. Analogamente, la piastra superiore del condensatore C2 e la piastra inferiore del condensatore C2 immagazzinano la stessa carica elettrica, ma con segno opposto. Se la carica elettrica immagazzinata nel condensatore C1 è Q1 e la carica elettrica immagazzinata nel condensatore C2 è Q2 , allora la carica elettrica totale immagazzinata in entrambi i condensatori collegati in parallelo è Q = Q1 + Q1 . Quindi la carica elettrica totale nei condensatori collegati in parallelo è uguale alla somma delle cariche in ciascun condensatore.
L'entità della carica elettrica su ciascun condensatore collegato in parallelo viene calcolata utilizzando l'equazione Q1 = C1 ΔV e Q2 = C2 ΔV mentre l'entità della carica elettrica sul condensatore di ricambio viene calcolata utilizzando l'equazione Q = C ΔV, dove Q è la carica elettrica, C è la capacità e ΔV è la differenza di potenziale elettrico. L'equazione Q = Q1 + Q2 riformulato sostituendo Q:
Q = Q1 + Q2
C ΔV = C1 ΔV + C2 V
C ΔV = ΔV (C1 C +2)
C = C1 C +2
La differenza di potenziale ΔV è la stessa e pertanto viene eliminata dall'equazione.
Se ci sono tre condensatori collegati in parallelo, la formula precedente si trasforma in:
C = C1 C +2 C +3
Se ci sono quattro condensatori, allora C viene aggiunto4Allo stesso modo, se ci sono cinque condensatori, e così via. Questa è la formula per determinare la capacità del condensatore di ricambio per condensatori collegati in parallelo.
Supponiamo C1 è 2 e C2 se è 1 allora la capacità del condensatore di ricambio è:
C = C1 C +2 = 2 + 1 = 3
In base a questo calcolo, si conclude che la capacità del condensatore di ricambio è maggiore della capacità di ciascun condensatore collegato in parallelo.