Laboratorio fisica

Francesca D'Alò, 5^Bs

FASE DI CARICA E SCARICA

ANALISI CIRCUITO RC

Un circuito RC è un circuito elettrico composto da un resistore (R) e da un condensatore (C) collegati in serie o in parallelo. Questo tipo di circuito è fondamentale in elettronica per il suo comportamento nei processi di carica e scarica, che avvengono in modo esponenziale, regolati dalla costante di tempo "Tau", corrispondente ad R x C, che misura la rapidità con cui un condensatore di capacità C si carica e si ricarica attraverso un resistore di resistenza R. I circuiti RC sono presenti in molti dispositivi di uso comune, grazie alla loro capacità di gestire e modulare i segnali elettrici, tra cui: - dispositivi audio; - aparecchi elettronici domestici; - caricabatterie; - dispositivi di comunicazione; - sistemi di illuminazione; - telecomandi.

cos'è un circuito rc?

• Processo di carica: quando un condensatore in un circuito RC viene collegato ad una fonte di tensione, come una batteria, inizia a caricarsi accumulando cariche elettriche sulle sue armature. All’inizio, quando il condensatore è scarico, la differenza di potenziale tra le sue armature è nulla, e quindi la corrente nel circuito è massima (determinata solo dalla resistenza). Con il passare del tempo, il condensatore si carica gradualmente, accumulando cariche di segno opposto sulle sue due armature. Questo accumulo causa un aumento della tensione sul condensatore, che si avvicina asintoticamente al valore della tensione della fonte. La carica del condensatore segue una curva esponenziale, e dopo un tempo pari alla costante di tempo "Tau", il condensatore avrà raggiunto circa il 63% della tensione totale. Dopo circa 5"Tau", si considera che il condensatore sia praticamente completamente carico, raggiungendo quasi il 100% della tensione della fonte.

• Processo di scarica: Quando la fonte di alimentazione viene scollegata, il condensatore comincia a scaricarsi attraverso il resistore. In questa fase, la carica immagazzinata si riduce gradualmente e, di conseguenza, diminuisce anche la tensione ai capi del condensatore. La corrente fluisce ora in direzione opposta rispetto alla fase di carica, spostando le cariche dalle armature del condensatore. Anche la scarica segue un andamento esponenziale: dopo un tempo pari a "Tau", la tensione del condensatore si sarà ridotta a circa il 37% del valore iniziale. Dopo 5"Tau", il condensatore è considerato praticamente scarico.

Un circuito elettrico può contenere dei condensatori, ma la corrente non può attraversarli, ciò in quanto le loro armature sono separate dal vuoto o da un materiale isolante. La corrente che arriva ad un condensatore può solo accumulare carica elettrica sulle armature o rimuoverla da queste ultime quando si inverte. Dunque, un condensatore può solo caricarsi o scaricarsi.

PROCESSO DI CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE

In esso vi sono: - generatore=batteria (Epsilon); - il + della batteria collegato all'amperometro in serie; - l'amperometro collegato con un interruttore alla resistenza; - il condensatore colleggato al - della batteria; - il voltmetro collegato ai capi del condensatore.

Durante l'attività di laboratorio abbiamo osservato il seguente circuito:

attività di laboratorio

Abbiamo osservato i passaggi concreti per il processo di carica e scarica di un condensatore in un circuito RC, spiegati passo per passo: Fase di carica: - collegamento alla batteria: colleghiamo il circuito RC a una fonte di tensione (batteria). All’inizio, il condensatore è scarico, quindi la differenza di potenziale ai suoi capi è zero. - inzio della carica: appena attiviamo la batteria, la corrente inizia a fluire nel circuito. Gli elettroni iniziano a muoversi verso l’armatura collegata al polo negativo della batteria, mentre cariche positive si accumulano sull’armatura collegata al polo positivo. - accumulo di carica: man mano che il condensatore si carica, la tensione ai suoi capi aumenta progressivamente. La corrente nel circuito diminuisce perché il condensatore oppone sempre più resistenza al passaggio di cariche. In genere dopo un tempo pari a circa 5 volte la costante di tempo, il condensatore è considerato completamente carico, avendo raggiunto una tensione quasi uguale a quella della batteria. La corrente si annulla e il flusso di cariche si interrompe. Fase di scarica: - disconnessione della batteria: per iniziare la scarica, disconnettiamo la batteria dal circuito. Ora il condensatore carico agisce come una piccola fonte di tensione. - avvio della scarica: con la batteria scollegata, il condensatore inizia a rilasciare le cariche accumulate, facendo fluire corrente attraverso il resistore in direzione opposta rispetto alla fase di carica. - diminuzione della tensione: la tensione ai capi del condensatore diminuisce gradualmente mentre si scarica, poiché le cariche sulle sue armature si neutralizzano passando attraverso il resistore. In genere dopo un tempo pari a circa 5 volte, il condensatore è considerato scarico. Alla fine, la tensione ai suoi capi è prossima a zero e non circola quasi più corrente nel circuito.

Tramite un cronometro ed il voltmetro abbiamo stabilito i valori del potenziale, a seconda dello scorrere del tempo, costruendo una tabella ed il suo relativo grafico:

t(s) e V(Volt)

Dati e grafico relativi al processo di carica: