Condensatore a piastre parallele: carica ed energia
1 · Prevedi
Un condensatore a piastre ha geometria fissa (area e distanza). Aumentando la tensione, l'energia immagazzinata cresce in proporzione diretta o più in fretta?
- Più in fretta: dipende dal quadrato della tensione.
- In proporzione diretta.
- Non dipende dalla tensione.
2 · Configurazione
- Apri il preset parallel-plates e premi Reset. Area delle armature = 0.05 m², separazione = 2 mm.
- Attiva le letture di carica ed energia.
- Imposta la tensione per ogni prova e registra carica ed energia.
3 · Raccogli dati
| Tensione V (V) | Capacità C (pF) | Carica Q (nC) | Energia U (nJ) |
|---|---|---|---|
| 6.00 | |||
| 12.00 | |||
| 18.00 |
Traccia U (asse y) contro V (asse x) per le tre prove. Curva o retta?
4 · Analizza
- Per una prova, calcola C = ε₀A/d usando A = 0.05 m²; d = 0.002 m (uguali in ogni prova), poi Q = CV e U = ½CV². Confronta tutti e tre con la tabella.
- Spiega, usando U = ½CV², perché raddoppiare la tensione quadruplica l'energia immagazzinata invece di raddoppiarla — anche se la carica immagazzinata si limita a raddoppiare.
5 · Estendi
- La capacità C = ε₀A/d dipende solo dalla geometria delle armature, non dal voltaggio applicato. Spiega perché un condensatore fisicamente più grande (A maggiore o d minore) può immagazzinare più carica alla stessa tensione.
- Un defibrillatore medico carica un condensatore a un voltaggio elevato, poi lo scarica attraverso il paziente in una frazione di secondo. Usando U = ½CV², spiega perché i medici usano un voltaggio alto anziché una capacità alta per erogare rapidamente l'energia necessaria.
La fisica dietro questo esperimento
Capacità a piastre parallele
Due armature conduttrici parallele separate da un gap immagazzinano carica in proporzione alla loro area e inversamente alla loro separazione: C = ε₀A/d. L'energia immagazzinata è U = ½CV² = ½QV.