Delucidazioni sui tre componenti passivi

[clorofabio]

Salve a tutti, apro questa nuova discussione per avere delle delucidazioni riguardanti i tre componenti passivi dell’elettrotecnica anche se le spiegazioni che mi servono sono più di natura fisica che elettrotecnica.
Dunque, per quanto riguarda la RESISTENZA è facile capire che , sia in corrente continua che in corrente alternata essa serve per limitare la corrente in un ramo basta metterne una di valore appropriato per ottenere il risultato desiderato. Ad esempio (in corrente continua) se io voglio che una lampadina deve accendere con un’intensità luminosa inferiore a quella che otterrei collegandola direttamente a un generatore mi basta aggiungere una resistenza. Mentre in corrente alternata risulta che la corrente è in fase con la tensione, può essere accoppiata con gli altri due componenti per realizzare filtri ecc. ecc. Credo che fin qui non si presenta nessun problema. Ho però dei dubbi per quanto riguarda il condensatore e l’induttanza. Inizio con il condensatore e in seguito passerò all’induttanza: se io applico una tensione continua a un CONDENSATORE ci sarà circolazione di corrente nel circuito fin quando il condensatore non sarà completamente carico. Un volta caricato il circuito risulterà aperto proprio dove è presente il condensatore perché le cariche si dispongono ordinatamente su entrambe le armature: quelle positive rimangono sull’armatura collegata al polo positivo del generatore di tensione continua e quelle negative sull’armatura collegata al polo negativo.
Per il momento i punti che non riesco a comprendere sono due:

1)è possibile (nella pratica, nella realtà) che il polo negativo del generatore separa (attira) tutte le cariche negative (che sono quelle in movimento) presenti sull’armatura collegata al polo positivo dalle cariche positive facendole scorrere dall’armatura positiva all’armatura negativa? In questo modo l’armatura collegata al polo positivo si carica positivamente perché ha un difetto di elettroni mentre l’armatura collegata al polo negativo si carica negativamente perché ha un eccesso di elettroni. Giusto?

Convenzionalmente la corrente parte dal polo positivo del generatore e torna al polo negativo (non è una mia invenzione ma è scritto sul mio libro di fisica). Ma durante la fase di carica del condensatore per quanto ne abbia compreso io la corrente circola all’inverso perché sposta cariche negative dall’armatura collegata al positivo all’armatura collegata al negativo. Se dico c…..e ditemelo pure perché io vi sto chiedendo proprio perché voi ne sapete molto molto molto più di me.

2)Come avviene la circolazione di corrente, o meglio a cosa è dovuta la corrente che si manifesta per tutto l’arco di tempo (breve per altro) che il condensatore viene caricato perché comunque sia il circuito è sempre aperto? Al campo elettrico che si viene a creare tra le due armature? E’ il campo elettrico che permette alla corrente di circolare per tutto il tempo in cui il condensatore si carica?

[Gost91]

Ammetto di essermi un po' perso leggendo il thread, comunque provo a risponderti.

Considera un semplice circuito RC alimentato da un generatore indipendente di tensione, supponendo scarico il condensatore all'istante in cui il generatore si attiva.
La funzione del resistore, come detto da te, è esclusivamente quella di limitare la corrente che scorrerà nel circuito. Se non ci fosse, all'istante in cui si attiverà il generatore, si manifesterebbe una corrente molto intensa di tipo impulsivo, la quale potrebbe danneggiare il circuito.
Nel momento in cui il generatore si attiverà incomincerà a scorrere una corrente. Questo perché il generatore è in grado di sviluppare una forza elettromotrice (cioè è una sorgente di campo elettrico) la quale metterà in moto le cariche distribuite in tutto il circuito. Per praticità ragioniamo, per ora, solo in termini di cariche positive. Il generatore dunque "forzerà" una corrente, in un dato verso dato dalla sua polarità. Per esempio:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ora, come si vede anche dal suo simbolo, il condensatore costituisce una sorta di circuito aperto dove ai terminali sono poste due piastrine. Questo fatto porta ad affermare che se scorrerà una data corrente (cioè se ci saranno delle cariche in moto "ordinato") si dovrà avere un accumulo di carica su una delle due piastrine. Secondo il precedente circuito, si avrà un accumulo di carica positiva sulla piastrina superiore. Questo discorso si estende pari pari alle cariche negative, le quali percorreranno il circuito in verso opposto. Riferendosi sempre al solito circuito, avremo:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ora, siccome la carica mobile è costituita da elettroni (che per definizione hanno carica negativa) avremo che il moto effettivo della carica è sempre in verso opposto rispetto a quello della corrente che si usa riferire. I due precedenti schemi rappresentano lo stesso identico fenomeno da due punti di vista diversi. Possiamo tranquillamente ragionare in termini di cariche positive, l'importante è essere coerenti con tutte le polarità in gioco.
Siccome un accumulo di carica genera un campo elettrico, avremo che man mano che la carica si accumula nel condensatore si manifesterà un campo elettrico sempre più intenso al suo interno. In particolare, possiamo quantificare tale effetto mediante la relazione

dove
è la tensione ai capi del condensatore
è la carica accumulata nel condensatore
è la capacità del condensatore
La corrente sussisterà fin tanto che la tensione ai capi del condensatore non eguaglierà quella erogata dal generatore, in quanto

dove
coincide con la tensione ai capi del generatore
coincide con la tensione ai capi del condensatore
è la resistenza del resistore
secondo i seguenti riferimenti:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Da un punto di vista un po' più fisico, quando la tensione ai capi del condensatore uguaglia quella erogata dal generatore si ha che il campo elettrico interno al condensatore è di pari intensità a quello sviluppato dal generatore per cui le cariche si trovano sottoposte a una coppia di forze la cui risultante è nulle.

Per riassumere il tutto detto un po' alla carlona, il generatore "pompa" elettroni su una piastrina del condensatore. Man mano che essi si accumulano si sviluppa una forza resistente (data dal campo elettrico interno al condensatore). Il processo continua fin tanto che il generatore riesce a vincere la forza resistente. L'equilibrio si ha quando la forza resistente è pari a quella sviluppata dal generatore. All'equilibrio il generatore non riesce più a "pompare" elettroni, per cui non si manifesta alcuna corrente.

[clorofabio]

Ammetto di essermi un po' perso leggendo il thread, comunque provo a risponderti.

Innanzitutto ti ringrazio per avermi risposto molto dettagliatamente e poi ti faccio i miei complimenti perché studi ingegneria elettronica la quale è una delle due facoltà che darebbe tutte le risposte ai miei perché .
Si capisco che ho scritto troppe parole per esporre un concetto ma lo fatto per farvi capire meglio.

Ora, siccome la carica mobile è costituita da elettroni (che per definizione hanno carica negativa) avremo che il moto effettivo della carica è sempre in verso opposto rispetto a quello della corrente che si usa riferire.

DOMANDA PER CONFERMA.
Il verso della corrente si mette uscente dal positivo ed entrante nel negativo “PER CONVENZIONE” giusto?

Siccome un accumulo di carica genera un campo elettrico, avremo che man mano che la carica si accumula nel condensatore si manifesterà un campo elettrico sempre più intenso al suo interno.

Benissimo, supponendo che il campo elettrico sia al massimo della sua intensità, quindi il condensatore ha raggiunto la stessa tensione del generatore, il circuito risulta sempre aperto.

La corrente sussisterà fin tanto che la tensione ai capi del condensatore non eguaglierà quella erogata dal generatore.

Ecco, è proprio questo che non riesco a capire: poiché il circuito risulta (sempre) aperto dal momento in cui si chiude l’interruttore al momento che il condensatore ha raggiunto la stessa tensione erogata dal generatore, a cosa è dovuta la circolazione di corrente che avviene in questo intervallo di tempo (cioè da quando in condensatore è scarico a quando è carico)?

Sulle armature, quella collegata al positivo del generatore accumulerà cariche positive mentre quella collegata al negativo accumulerà cariche negative. Siccome gli opposti si attraggono (- e +) si genera un campo elettrico che possiede il verso uscente dall’armatura positiva ed entrante nell’armatura negativa.

E’ QUESTO CAMPO CHE PERMETTE LA CIRCOLAZIONE DI CORRENTE DA QUANDO IL CONDENSATORE E’ SCARICO A QUANDO E’ CARICO (tensione uguale a quella erogata dal generatore)?

Per riassumere il tutto, il generatore "pompa" elettroni su una piastrina del condensatore.
Man mano che essi si accumulano si sviluppa una forza resistente (data dal campo elettrico interno al condensatore).
Il processo continua fin tanto che il generatore riesce a vincere la forza resistente. L'equilibrio si ha quando la forza resistente è pari a quella sviluppata dal generatore. All'equilibrio il generatore non riesce più a "pompare" elettroni, per cui non si manifesta alcuna corrente.

Quindi è questa forza resistente (campo elettrico) che da quando è “0” a quando è = a quella del generatore mantiene chiuso il circuito facendo circolare la corrente?

[claudiocedrone]

Forse conviene considerare alcune cose: il verso convenzionale della corrente (dal "+" al "-") deriva dal fatto che quando vennero fatti i primi studi sui fenomeni elettrici non si conosceva la composizione della materia, non si conoscevano gli elettroni e si pensava che questo "strano fluido" fosse composto da cariche "positive"; in realtà nel circuito elettrico la corrente è un "flusso" di elettroni ovvero di cariche negative; se consideri la cosa in questo modo forse ti si confondono di meno le idee; poi nell'istante che accendi il generatore (o che chiudi il circuito) il condensatore è scarico (come se fosse vuoto) poi inizia a caricarsi e nel circuito circola la corrente fino a che la differenza di potenziale tra le armature eguaglia quella ai capi del generatore, a questo punto il condensatore è carico e dato che il sistema viene a trovarsi in equilibrio la corrente cessa di scorrere (circuito aperto); ovviamente tutto questo è valido per la corrente continua.

[Gost91]

Il verso della corrente si mette uscente dal positivo ed entrante nel negativo “PER CONVENZIONE” giusto?

Solitamente si, anche se ad essere pignoli non è sempre vero.
Un semplice contro esempio può essere il seguente:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Per convenzione, la corrente che scorre in un ramo, scorre sempre dal terminale al potenziale più alto verso il terminale potenziale al potenziale più basso.

Nel precedente circuito si ha che il potenziale in a è più alto rispetto al potenziale in b, quindi la corrente scorrerà dal punto a verso il punto b.
Come vedi in questo caso, rispetto a E2 la corrente è entrante il polo positivo.
Inoltre abbiamo:



Comunque, nel caso di circuiti a singola eccitazione si ha sempre che tensione e correnti hanno stesso verso:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Dunque alla tua domanda si risponde con un si, a patto che sia presente un solo generatore di tensione in tutto il circuito.
Nel caso in cui fosse presente più di un generatore bisogna applicare le leggi di Kirchhoff per poter stabilire i versi (e intensità) delle varie correnti e tensioni.

a cosa è dovuta la circolazione di corrente che avviene in questo intervallo di tempo?

Per riassumere il tutto detto un po' alla carlona, il generatore "pompa" elettroni su una piastrina del condensatore. Man mano che essi si accumulano si sviluppa una forza resistente (data dal campo elettrico interno al condensatore). Il processo continua fin tanto che il generatore riesce a vincere la forza resistente. L'equilibrio si ha quando la forza resistente è pari a quella sviluppata dal generatore. All'equilibrio il generatore non riesce più a "pompare" elettroni, per cui non si manifesta alcuna corrente.

nell'istante che accendi il generatore (o che chiudi il circuito) il condensatore è scarico (come se fosse vuoto) poi inizia a caricarsi e nel circuito circola la corrente fino a che la differenza di potenziale tra le armature eguaglia quella ai capi del generatore, a questo punto il condensatore è carico e dato che il sistema viene a trovarsi in equilibrio la corrente cessa di scorrere (circuito aperto);

Rifletti bene su queste due risposte e ti risponderai da solo.

[claudiocedrone]

Giusta precisazione data la domanda Gost91; è bene però che clorofabio tenga presente il fatto che la corrente elettrica nei circuiti è un flusso di elettroni e che per il momento lasci perdere le "cariche positive"

[RenzoDF]

Io direi che il verso di una corrente è una scelta puramente arbitraria, non vincolata a nessun parametro circuitale così come lo è quella della tensione; sono scelte puramente topologiche, di orientamento di un lato o di ordinamento di due nodi del grafo associato; nella rete elettrica queste scelte porteranno poi, a due conseguenti convenzioni per i singoli bipoli alle quali, come noto, si farà riferimento a seconda dei casi con "convenzione degli utilizzatori" o "convenzione dei generatori".

[clorofabio]

Il verso della corrente si mette uscente dal positivo ed entrante nel negativo “PER CONVENZIONE” giusto?

Forse conviene considerare alcune cose: il verso convenzionale della corrente (dal "+" al "-") deriva dal fatto che quando vennero fatti i primi studi sui fenomeni elettrici non si conosceva la composizione della materia, non si conoscevano gli elettroni e si pensava che questo "strano fluido" fosse composto da cariche "positive"; in realtà nel circuito elettrico la corrente è un "flusso" di elettroni ovvero di cariche negative;

Giusta precisazione data la domanda Gost91; è bene però che clorofabio tenga presente il fatto che la corrente elettrica nei circuiti è un flusso di elettroni e che per il momento lasci perdere le "cariche positive"

Solitamente si, anche se ad essere pignoli non è sempre vero.
Per convenzione, la corrente che scorre in un ramo, scorre sempre dal terminale al potenziale più alto verso il terminale potenziale al potenziale più basso.
Nel precedente circuito si ha che il potenziale in a è più alto rispetto al potenziale in b, quindi la corrente scorrerà dal punto a verso il punto b.
Come vedi in questo caso, rispetto a E2 la corrente è entrante il polo positivo.
Comunque, nel caso di circuiti a singola eccitazione si ha sempre che tensione e correnti hanno stesso verso.
Dunque alla tua domanda si risponde con un si, a patto che sia presente un solo generatore di tensione in tutto il circuito.
Nel caso in cui fosse presente più di un generatore bisogna applicare le leggi di Kirchhoff per poter stabilire i versi (e intensità) delle varie correnti e tensioni.

Benissimo. Vi ringrazio per la spiegazione. Vi ho fatto questa domanda per avere conferma di ciò che c’è scritto sul mio libro di fisica : “per convenzione, si è stabilito che la corrente elettrica va dal polo positivo a quello negativo del generatore, cioè in verso opposto al moto degli elettroni”. Da questo capisco che in un circuito le uniche cariche in movimento sono gli elettroni e non le cariche positive le quali sono ferme (attaccate agli atomi). Chiaramente da quello che ha scritto Ghost91 posso dedurre che tutto questo vale fino a quando nel circuito è presente un solo generatore. Grazie ancora.

A cosa è dovuta la circolazione di corrente che avviene in questo intervallo di tempo?

Nell'istante che accendi il generatore (o che chiudi il circuito) il condensatore è scarico (come se fosse vuoto) poi inizia a caricarsi e nel circuito circola la corrente fino a che la differenza di potenziale tra le armature eguaglia quella ai capi del generatore, a questo punto il condensatore è carico e dato che il sistema viene a trovarsi in equilibrio la corrente cessa di scorrere (circuito aperto); ovviamente tutto questo è valido per la corrente continua.

Per riassumere il tutto, il generatore "pompa" elettroni su una piastrina del condensatore. Man mano che essi si accumulano si sviluppa una forza resistente (data dal campo elettrico interno al condensatore). Il processo continua fin tanto che il generatore riesce a vincere la forza resistente. L'equilibrio si ha quando la forza resistente è pari a quella sviluppata dal generatore. All'equilibrio il generatore non riesce più a "pompare" elettroni, per cui non si manifesta alcuna corrente.
Rifletti bene su queste due risposte e ti risponderai da solo.

Ah quindi la corrente elettrica che circola nel circuito è presente fin quando riesce a vincere la forza resistente provocata dal campo elettrico che si manifesta tra le due armature. Ok ok va benissimo.
Tutto questo se parliamo di corrente continua.
In presenza di corrente alternata il condensatore diventa un’impedenza (R-JXc) dove R è la resistenza o parte reale (trascurabile) che oppone il condensatore al passaggio di corrente ed Xc è la reattanza capacitiva o parte immaginaria la quale fa si che la corrente sia sfasata di 90 gradi in ritardo rispetto alla tensione. Può essere utilizzato come filtro (ad esempio per attenuare il ripple in un alimentatore) o come elemento di disaccoppiamento per bloccare le correnti continue e far passare solo quelle alternate. Quindi se io applico una tensione alternata a un condensatore (non polarizzato) e su un terminale collego una resistenza il condensatore si caricherà e si scaricherà continuamente automaticamente per effetto della frequenza dove il tempo di carica e scarica sarà dato dalla caratteristica RC (tau).

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Ora faccio un ragionamento: PER FAVORE DITEMI SE e' CORRETTO O ERRATO. Dunque se io applico una tensione alternata sinusoidale ai capi del condensatore la circolazione della corrente avviene in questo modo: durante un ciclo (di 1 Hz) la corrente positiva (quella che si manifesta durante il semiperiodo positivo) circola in un verso per cui il percorso che fa è il seguente: morsetto d’ingresso, armatura A, si trasferisce sull’armatura B e ritorna al morsetto comune. Subito dopo la corrente diventa negativa (quella del semiperiodo negativo) e circola in senso inverso alla precedente percorrendo il circuito nel seguente modo: morsetto d’ingresso (in questo caso quello comune), armatura B, si trasferisce sull’armatura A e ritorna al primo morsetto (quello in alto a sinistra). Chiaramente questo si ripete tante volte per quanto è il valore della frequenza. Il condensatore si caricherà al 63% della costante di tempo tau perché è presente la resistenza che lo scarica continuamente quindi non ha il tempo di caricarlo completamente.La stessa cosa accade per la fase di scarica in cui la resistenza non fa in tempo a scaricarlo tutto perché il nuovo ciclo lo ricarica. E’ giusto tutto questo?

[claudiocedrone]

Non direi; considerando che la corrente inverte il "verso" (polarità) tot volte al secondo (frequenza) la resistenza (peraltro il tuo "circuito" non c'entra con la tua descrizione) è ininfluente, il condensatore a regime non sarà mai completamente carico né completamente scarico proprio perché sottoposto a un ciclo continuo di carica e scarica; inoltre quello del "63%" è... un altro valore convenzionale.

[claudiocedrone]

Inoltre nella tua "traccia" indichi solo il valore di frequenza della sinusoide (1 Hz) ma non indichi né il valore di capacità del condensatore né quello di resistenza del resistore... e poi non ha senso dire che la parte reale (resistiva) dell'impedenza è trascurabile rispetto a che Dipende dalla frequenza e dalla capacità (e relativa Xc) quanto (o meno) prevalga la parte immaginaria su quella reale e/o viceversa Ti consiglio di riguardare meglio i concetti di base.