- Pubblicato il 20 gen 2023
- Ultima modifica 29 ago 2023
6 min

Cos’è un condensatore e a cosa serve?

Definizione, caratteristiche fisiche e tecniche, descrizione del funzionamento, delle tipologie e dei campi di impiego, consigli di utilizzo e test.

In questa guida spiegheremo che cos’è un condensatore, quali sono le sue caratteristiche fisiche e tecniche, che tipologie ne esistono e a cosa serve un condensatore nei dispositivi elettronici che ne fanno uso.

Vedremo nel dettaglio come si calcola la capacità di un condensatore, quale formula ci aiuta a misurare l’energia contenuta in un condensatore e illustreremo quali strumenti tecnici si utilizzano per testare i vari tipi di condensatore in ambienti reali.

L’utilità dei condensatori è nota. Gli apparati elettronici fanno largo uso dei condensatori in particolare per immagazzinare energia elettrica, filtrare segnali e controllare disturbi ad alta frequenza.

La loro peculiare capacità di bloccare le correnti costanti lasciando passare quelle variabili, è sfruttata in numerose soluzioni in campo elettronico. Ad esempio, i condensatori sono utilizzati come bypass oppure come disaccoppiamento per separare i segnali elettrici o le tensioni di polarizzazione di uno o più circuiti.

In campo elettrotecnico, invece, i condensatori sono utilizzati per diminuire lo sfasamento tra la corrente e la tensione alternata, al fine di raggiungere un importante vantaggio sugli impianti elettrici. I condensatori sono impiegati anche nel rifasamento di rete, per compensare la potenza reattiva che circola sulle reti elettriche di trasmissione e di distribuzione.

I condensatori di avviamento e quelli di fase, invece, sono utilizzati per consentire la partenza dei motori asincroni bifase nelle condizioni di alimentazione da reti monofase.

Caratteristiche fisiche e tecniche

Un condensatore è un piccolo dispositivo costituito da due superfici conduttrici di elettricità dette armature, separate da una terza superficie isolante nota come dielettrico, che ha la funzione di impedire la circolazione delle cariche elettriche di segno opposto tra le armature.

Le armature possono essere composte da lamine metalliche in alluminio, in carta metallizzata, in tantalio, o possono presentare elettrodi rivestiti di carbone attivo.

Come isolante viene impiegato un materiale a bassissima conducibilità come la bachelite, la bachelite con mica, strati di metallo ossidati, cellulosa, mica, formica e altri materiali che fungono da dielettrico.

Come si calcola la capacità di un condensatore?

I condensatori assumono diverse forme e in base a questa anche il calcolo della capacità varia poiché dipende dalla geometria del condensatore.

Le leggi che permettono di calcolare la capacità di un condensatore invece non variano, quindi nel momento in cui si verifica il passaggio di corrente nelle armature una delle due superfici acquista una carica positiva Q e l’altra una carica uguale e opposta negativa Q.

Inoltre, la carica Q presenta valori che sono direttamente proporzionali alla capacità del condensatore espressa con la lettera C.

Prendiamo come riferimento un circuito elettrico alimentato da una batteria, capace di produrre una differenza di potenziale fra i due poli che esprimiamo in volt (V). Collegando al circuito il condensatore, sulle due armature si accumula una carica Q espressa in coulomb.

Questo significa che la carica accumulata dalla superficie del condensatore ha un valore legato direttamente alla differenza di potenziale V, ma allo stesso tempo il valore è legato anche alle dimensioni fisiche dell’accumulatore.

Detto ciò, possiamo calcolare la capacità del condensatore con una formula: C = Q/V.

Il risultato dell’operazione è la capacità del condensatore espressa in farad (F), la quale è riconosciuta dal SI come l’unità di misura derivata della capacità elettrica. Tuttavia, essendo la capacità fisica dei condensatori limitata, nella componentistica si usano dei sottomultipli del farad:

microfarad (µF);
nanofarad (Nf);
picofarad (pF).

Come si misura l’energia contenuta in un condensatore?

Per capire appieno la formula che misura l’energia contenuta in un condensatore, è prima necessario spiegare come si carica un condensatore e quali sono le forze in gioco.

Prendiamo in considerazione una delle due armature e supponiamo sia quella caricata positivamente. Durante il processo di carica, le cariche Q positive si depositano sull’armatura, ma allo stesso tempo le cariche Q positive tendono a respingere quelle che giungono successivamente proprio perché dello stesso segno.

Ne consegue che accumulare cariche elettriche sulle armature del condensatore richiede lavoro e dispendio di energia.

Da quanto detto possiamo far derivare una breve definizione:

“L’energia immagazzinata è una forma di energia potenziale elettrostatica equivalente al lavoro speso per caricare il condensatore, calcolata come semiprodotto tra la carica del condensatore e la differenza di potenziale tra le armature”.

Ed ecco la formula per l’energia immagazzinata in un condensatore:

Eimm = ½QΔV

Quali sono le tipologie di condensatore e in cosa si differenziano?

In commercio sono disponibili svariati tipi di condensatore che si differenziano per il materiale utilizzato come armatura e per l’isolamento, ma anche per la capacità di accumulare elettricità.

In linea di principio i condensatori si dividono in:

condensatori ceramici (a strato singolo o multistrato MLCC);
condensatori elettrolitici al tantalio;
condensatori elettrolitici;
supercondensatori;
condensatori in poliestere;
condensatori in mica;
condensatori polimerici;
condensatori passanti.

I più capacitivi sono il condensatore elettrolitico e il super condensatore realizzati con film di lamine sottili di metallo, e altri materiali, avvolti su se stessi per aumentare la superficie di accumulo della carica elettrica.

Come testare un condensatore

Sono diversi i metodi per misurare un condensatore e capire se funziona ancora, ma di base si utilizza un multimetro digitale.

Il primo passaggio per testare un condensatore consiste nella lettura del valore nominale stampato sul corpo dell’elemento, quindi si imposta il multimetro per misurare la capacità del condensatore e infine si collegano le sonde del multimetro ai terminali del condensatore. Il polo positivo rosso va collegato all’anodo e il polo negativo nero va collegato al catodo.

Sul display del multimetro apparirà il valore della misurazione, se è uguale o vicino al valore nominale del condensatore significa che è ancora funzionante, mentre se la misurazione è inferiore o nulla, il condensatore non è più funzionante.

In alternativa, ecco come testare un condensatore utilizzando un voltmetro con cui controllare se la tensione reale corrisponde ancora a quella nominale stampata sul corpo del condensatore. Un condensatore si considera in buono stato, se la differenza di potenziale iniziale è prossima a quella prevista.

Perché un condensatore si “brucia”?

Il condensatore non solo può “bruciarsi”, ma anche esplodere se non correttamente installato.

Un condensatore elettrolitico in particolare, richiede il rispetto della polarità poiché se invertita si genererebbe un corto circuito capace di produrre accumulo di calore all’interno del condensatore, fino a farlo esplodere al termine dell’evaporazione dell’elettrolita.

L’esplosione del condensatore avviene perché il componente elettrico passivo è sigillato, quindi la pressione risulta troppo elevata da sopportare.

Da ciò ne deriva quanto sia importante rispettare la polarità di un condensatore elettrolitico, e in generale di tutti i modelli di condensatore, onde evitare di bruciarlo.

Anche l’uso di condensatori sottotitolati o erratamente connessi, può portare il componente a bruciarsi.

Altre condizioni che conducono al guasto del condensatore sono i picchi di tensione (ad esempio fluttuazioni nella rete elettrica o un fulmine) e il sovraccarico elettrico dovuto a una tensione superiore al valore nominale supportato.

Scegliere dove comprare un condensatore è importante tanto scegliere il condensatore giusto, ovvero una tipologia che tiene conto delle esigenze progettuali del sistema nel quale deve essere inserito.

Pertanto è imprescindibile la lettura della scheda tecnica del condensatore fornita dal costruttore. Le informazioni stampate su uno dei lati del condensatore, infine, facilitano la corretta scelta del condensatore da acquistare.