Il condensatore elettrico

Un condensatore è un componente elettronico passivo composto da due conduttori (armature) separati da un dielettrico, capace di immagazzinare energia nel campo elettrico. Quando si applica una tensione V ai capi del condensatore, sulle armature si accumula una carica Q proporzionale alla tensione: Q = C · V, dove C è la capacità, misurata in farad (F = C/V). Un farad è una capacità molto grande; i valori tipici vanno da picofarad (pF = 10⁻¹² F, circuiti RF) a microfarad (μF = 10⁻⁶ F, elettronica di potenza). I supercondensatori arrivano a migliaia di farad ma con tensioni di lavoro molto basse.

Energia immagazzinata

L'energia U accumulata in un condensatore carico con tensione V e carica Q è data dalle formule equivalenti: U = ½ · C · V² = ½ · Q · V = Q² / (2C). L'energia si ricava integrando la potenza istantanea P = V·dQ/dt durante la carica da 0 a V. Si misura in joule (J). Esempio: un condensatore da C = 100 μF caricato a V = 400 V contiene U = ½ · 100·10⁻⁶ · 400² = 8 J, sufficiente per far scoccare una scintilla visibile. Il fattore ½ spiega perché solo metà dell'energia fornita dalla batteria è immagazzinata: l'altra metà è dissipata dalla resistenza del circuito durante la carica.

Condensatori in serie

Per n condensatori collegati in serie, il reciproco della capacità totale è la somma dei reciproci: 1/C_tot = 1/C₁ + 1/C₂ + ... + 1/C_n. Per due condensatori: C_tot = (C₁·C₂)/(C₁+C₂). La capacità totale è sempre minore della minima dei singoli valori. La carica Q è la stessa su ciascun condensatore; la tensione si ripartisce in modo inversamente proporzionale alla capacità: V_i = Q/C_i. Si usa la connessione in serie per aumentare la tensione massima di lavoro (si suddivide su più condensatori) a scapito della capacità totale.

Condensatori in parallelo

In parallelo le capacità si sommano direttamente: C_tot = C₁ + C₂ + ... + C_n. La tensione V è la stessa su tutti i condensatori; la carica si ripartisce proporzionalmente alla capacità: Q_i = C_i · V. Si usa la connessione in parallelo per aumentare la capacità totale (ad esempio, 10 condensatori da 100 μF in parallelo danno 1 mF), tipica nei banchi di condensatori di alimentatori e flash fotografici. La tensione massima di lavoro è quella del condensatore più debole.

Condensatore a piatti paralleli

Un condensatore piano con armature di area A separate da distanza d e dielettrico di costante relativa ε_r ha capacità C = ε₀ · ε_r · A / d, dove ε₀ = 8,854·10⁻¹² F/m è la permittività del vuoto. Esempi di ε_r: aria/vuoto ε_r ≈ 1; carta ε_r ≈ 3,5; mica ε_r ≈ 6; ceramica ε_r ≈ 20-10 000 (MLCC); acqua pura ε_r ≈ 80. Formula valida quando d è molto minore delle dimensioni delle armature (approssimazione di campo uniforme tra i piatti). Esempio: due piatti di 1 cm² = 10⁻⁴ m² separati da 0,1 mm di aria, C = 8,854·10⁻¹² · 10⁻⁴ / 10⁻⁴ = 8,85 pF.

Circuito RC: carica e scarica

Un condensatore C in serie con una resistenza R caricato da tensione V₀ segue V(t) = V₀ · (1 − e^(−t/τ)) per la carica e V(t) = V₀ · e^(−t/τ) per la scarica, con costante di tempo τ = R · C. Dopo 1τ il condensatore è al 63,2% (carica) o 36,8% (scarica); dopo 5τ praticamente a regime (>99%). La costante τ compare in filtri RC, temporizzatori 555, debouncing pulsanti, accoppiamento AC, integratori/derivatori operazionali. Esempio: R = 1 kΩ, C = 1 μF → τ = 1 ms; R = 10 MΩ, C = 10 μF → τ = 100 s (temporizzatore lungo).

Densità di energia

La densità di energia nel campo elettrico è u = ½·ε₀·ε_r·E², dove E è il modulo del campo elettrico. Per un condensatore piano E = V/d, quindi U totale = u·V (volume) = ½·ε₀·ε_r·(V/d)²·A·d = ½·C·V², coerente con la formula precedente. I condensatori elettrolitici hanno densità volumetrica di ~0,01 Wh/L; i supercondensatori ~6 Wh/L; le batterie agli ioni di litio ~250-700 Wh/L. I condensatori eccellono in densità di potenza (rilascio rapido) mentre le batterie in densità di energia (rilascio lento).

Come usare il calcolatore

Quattro modalità: energia base (inserisci due fra C, V, Q → calcola il terzo e l'energia U); serie (inserisci fino a 4 capacità separate da virgola → C_tot); parallelo (stessa cosa → C_tot); condensatore piano (A, d, ε_r → C; opzionale R → costante di tempo τ = RC). I risultati sono mostrati in unità SI (F, V, C, J, s). Gli input accettano notazione scientifica (es. 1e-6 per 1 μF).

Applicazioni pratiche

I condensatori sono onnipresenti: accoppiamento AC (bloccano la DC); disaccoppiamento (stabilizzano alimentazioni locali); filtri passa-alto/passa-basso combinati con resistenze (costante di tempo RC); oscillatori (LC tank, RC astabile); memoria DRAM (un bit = un piccolo condensatore che va rinfrescato); flash fotografico (decine di joule in millisecondi); avviamento motori (condensatori di spunto); compensazione della potenza reattiva nella rete elettrica; accumulatori di energia nei sistemi regenerativi (supercondensatori in auto ibride).

Aggiornato a luglio 2026