Che cos'è il condensatore ad aria: circuito, funzionamento e sue applicazioni

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UN condensatore variabile è un tipo di condensatore che ha un valore di capacità variabile. Questo condensatore include due piastre in cui l'area tra queste piastre viene semplicemente regolata per modificare la capacità del condensatore. Questi condensatori sono disponibili in due tipi di condensatore ad aria e condensatore trimmer. Generalmente, questi condensatori sono usati soprattutto in circuiti LC per la sintonizzazione della frequenza all'interno delle radio. Quindi questo articolo discute una panoramica di uno dei tipi di condensatori variabili come un condensatore ad aria – funzionamento e sue applicazioni.


Cos'è il condensatore ad aria?

Un Definizione del condensatore ad aria è un condensatore che utilizza l'aria come mezzo dielettrico. Questo condensatore può essere progettato in una forma di capacità fissa o variabile. Il tipo a capacità fissa non viene utilizzato frequentemente perché ce ne sono diversi tipi di condensatori disponibili con caratteristiche superiori mentre il tipo a capacità variabile viene utilizzato più frequentemente a causa della loro semplice costruzione.



  Condensatore ad aria
Condensatore ad aria

I condensatori ad aria sono generalmente realizzati con due serie di piastre metalliche semicircolari separate dall'aria materiale dielettrico . In queste piastre metalliche, un set è permanente e l'altro set è collegato a un albero che consente all'operatore di ruotare il gruppo per cambiare la capacità quando necessario. Quando la sovrapposizione tra due piastre metalliche è maggiore, la capacità è maggiore. Quindi la condizione di capacità massima viene raggiunta una volta che la sovrapposizione tra i due gruppi di piastre metalliche è massima, mentre la condizione di capacità più bassa viene raggiunta una volta che non vi è sovrapposizione. Per un migliore controllo della capacità, una messa a punto più fine e una maggiore precisione, vengono utilizzati meccanismi di riduzione.

I condensatori ad aria hanno un piccolo valore di capacità che varia da 100 pF a 1 nF mentre la tensione di esercizio varia da 10 a 1000 V. La tensione di rottura del dielettrico è inferiore, quindi la rottura elettrica cambierà all'interno del condensatore, quindi ciò può portare al funzionamento difettoso del condensatore ad aria.



Costruzione del condensatore d'aria e suo funzionamento

Un condensatore regolabile come un condensatore ad aria include una serie di piastre di alluminio semicircolari girevoli sopra un albero centrale disposte tra un insieme equidistante di piastre fisse di alluminio. Questo condensatore ha un foro praticato al centro per far passare un'asta di controllo. Per controllare questa asta, sono collegati dischi alternati per farla passare liberamente attraverso gli altri, il che significa che il set di dischi è separato in modo efficiente in due gruppi che formano congiuntamente le due regioni di placca del condensatore.

  Costruzione del condensatore dell'aria
Costruzione del condensatore dell'aria

Una volta che i dischi del condensatore hanno una forma semicircolare, la rotazione del set mobile fa cambiare la quantità in cui i due gruppi si sovrappongono all'intera area della piastra. Quando la capacità di questo condensatore dipende dall'intera area della sua piastra, la variazione all'interno dell'area può causare una variazione equivalente all'interno della capacità del componente, quindi un operatore può modificare il valore del componente a piacimento.

Quando le piastre mobili in alluminio vengono ruotate, la quantità di sovrapposizione tra le piastre statiche e mobili verrà modificata. L'aria tra questi set di piastre funziona come un efficace dielettrico che isola i set l'uno dall'altro. Quando la capacità del condensatore dipende dalla dimensione reciproca della piastra, questa regolazione consente semplicemente di regolare il valore del condensatore dell'aria.

Circuito condensatore ad aria

Il semplice circuito del condensatore ad aria è mostrato di seguito. Questo condensatore utilizza l'aria come dielettrico ed è progettato utilizzando due fogli metallizzati o piastre metalliche che si collegano parallelamente a una certa distanza l'una dall'altra. I condensatori immagazzinano l'energia sotto forma di carica elettrica sulle piastre.

  Circuito condensatore ad aria
Circuito condensatore ad aria

Una volta applicata una tensione a un condensatore ad aria per misurare la carica sulle due piastre, il rapporto tra la carica 'Q' e la tensione 'V' fornirà il valore della capacità per il condensatore, quindi è dato come C = Q/V. Questa equazione può anche essere scritta per fornire la formula per misurare la quantità di carica sulle due piastre come Q = C x V.

Una volta che una corrente elettrica viene fornita al condensatore, si carica, quindi il campo elettrostatico diventerà molto più forte perché immagazzina più energia tra le due piastre.

Allo stesso modo, quando la corrente esce dal condensatore ad aria, la differenza di potenziale tra queste due piastre diminuisce e il campo elettrostatico si riduce quando l'energia elettrica si allontana dalle piastre. Quindi la capacità è una delle proprietà di un condensatore che viene utilizzato per immagazzinare la carica elettrica sulle sue due piastre in una forma di campo elettrostatico.

Permittività del condensatore ad aria

La permittività può essere definita come la proprietà di ciascun materiale, altrimenti il ​​mezzo utilizzato per misurare la resistenza offerta contro la formazione di un campo elettrico. È indicato con la lettera greca 'ϵ' (epsilon) e la sua unità è F/m o farad per metro.

Se consideriamo un condensatore che include due piastre separate dalla distanza 'd', il mezzo dielettrico come l'aria viene utilizzato tra queste due piastre. Tra le due piastre di un condensatore sono presenti molecole che formano momenti di dipolo elettrico. Il dipolo elettrico significa, una coppia di cariche opposte e uguali. Ad esempio, una singola molecola include una carica positiva a un'estremità e una carica negativa a un'altra estremità che è separata da una certa distanza, come mostrato nella figura seguente.

  Condensatore ad aria con molecole
Condensatore ad aria con molecole

Nel diagramma seguente, le molecole sono generalmente allineate in modo casuale all'interno delle piastre del condensatore. Una volta applicato un campo elettrico a queste piastre esternamente, le molecole all'interno del condensatore si allineano in un modo migliore che è noto come polarizzabilità. Quindi, il loro momento di dipolo genera il proprio campo elettrico. Questo campo elettrico si oppone al campo elettrico applicato esternamente, quindi diventa come il polo simile di due magneti che continuano a resistersi l'un l'altro.

  Condensatore con campo elettrico
Condensatore con campo elettrico

Quando le molecole si allineano o si polarizzano maggiormente, si oppongono al campo elettrico esterno che è ciò che chiamiamo permittività. Qui, la permittività misura la resistenza offerta dal materiale o dal mezzo a un campo elettrico esterno.

Se la permittività del mezzo è maggiore, le molecole di quel mezzo si polarizzano meglio e quindi offrono più resistenza al campo elettrico esterno. Allo stesso modo, se la permittività del mezzo è bassa, le molecole si polarizzano debolmente, quindi offrono meno resistenza al campo elettrico esterno.

La permittività non è costante, quindi varia in base a diversi fattori come temperatura, umidità, tipo di mezzo, frequenza di campo, intensità del campo elettrico, ecc.

La permittività gioca un ruolo significativo nel determinare la capacità del condensatore. Quindi, la capacità di un condensatore a piastre parallele viene calcolata da

C = ϵ x A/d

Dove,

'A' è l'area di un singolo piatto.

'd' è la distanza tra due piastre del condensatore.

'ϵ' è la permittività del mezzo tra le due piastre dei condensatori.

Se si osservano i seguenti condensatori, la permittività può influenzare chiaramente la capacità del condensatore.
Nei seguenti due condensatori, il dielettrico utilizzato nel condensatore sul lato sinistro è l'aria. Quindi la permittività relativa di questo condensatore ad aria è piccola > 1, ovvero 1,0006.

  Permittività dei condensatori
Permittività dei condensatori

Allo stesso modo, nel secondo condensatore, il dielettrico utilizzato è il vetro. Quindi la permittività di questo condensatore è di circa 4,9-7,5. Quindi, rispetto a un condensatore ad aria, un condensatore con dielettrico in vetro ha un'elevata permittività.

Quindi, il materiale con meno permittività fornirà meno capacità e il materiale con maggiore permittività fornirà un'elevata capacità. Pertanto, la permittività gioca un ruolo importante nel decidere il valore della capacità.

Caratteristiche

Le caratteristiche di un condensatore ad aria includono quanto segue.

  • I condensatori ad aria non sono polari, il che significa che questi condensatori possono essere utilizzati in modo sicuro in applicazioni CA fino a quando non viene superata la tensione nominale più alta.
  • Questi condensatori hanno una piccola capacità che varia tra 100 pF e 1 nF.
  • La massima tensione di esercizio dipende principalmente dalle dimensioni fisiche del condensatore.
  • Un'elevata tensione di lavoro richiede che lo spazio tra due piastre sia sufficiente per evitare la rottura elettrica dell'aria.
  • La rigidità dielettrica dell'aria è inferiore a quella di molti altri materiali, il che rende questi condensatori inadeguati per le alte tensioni.

Vantaggi

Il vantaggi dei condensatori ad aria include il seguente.

  • Ha una corrente di dispersione inferiore, il che significa che le perdite operative all'interno di questo condensatore sono minime, in particolare se l'umidità non è elevata.
  • La resistenza dell'isolamento è elevata.
  • Buona stabilità.
  • Hanno una tensione di rottura inferiore.
  • Il fattore di dissipazione è basso.

Il svantaggi dei condensatori ad aria include il seguente.

  • I condensatori ad aria sono disponibili in grandi dimensioni.
  • Questi condensatori hanno una capacità inferiore.
  • Questi sono costosi.
  • Occupa più spazio rispetto ad altri condensatori.

Applicazioni

Il applicazioni dei condensatori ad aria include il seguente.

  • Questo condensatore viene normalmente utilizzato nei circuiti LC risonanti, che necessitano di modifiche all'interno della capacità. Queste
  • i circuiti comprendono sintonizzatori radio, mixer di frequenza e componenti di adattamento di impedenza per sintonizzatori di antenne.
  • Questi sono usati normalmente dove è necessaria una capacità regolabile come i circuiti risonanti.
  • Questo condensatore viene utilizzato per sintonizzare i circuiti radio e anche nei circuiti in cui sono necessarie meno perdite.

Quindi, questa è una panoramica di un'aria condensatore – funzionante con applicazioni. Questi condensatori sono realizzati in alluminio e funzionano bene in campi magnetici molto forti. Ecco una domanda per te, cos'è il dielettrico in un condensatore?