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Capacità equivalente

Calcolo della capacità equivalente di un sistema di condensatori

Tre condensatori sono collegati come illustrato in figura:

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Ogni condensatore ha una capacità di 1 μF e il generatore di tensione eroga una ddp di 150 V.

Calcolare: la capacità equivalente del sistema, la ddp tra le armature di ogni condensatore e la carica presente in ognuno di essi.

Svolgimento

Il circuito mostrato in figura rappresenta un sistema di tre condensatori in cui il condensatore C1 e C2 risultano collegati in serie tra di loro ed a loro volta collegati in parallelo (condensatori in parallelo) a C3.

Dai dati forniti dal problema si evince che:

C1 = C2 = C3 = C = 1 μF = 10-6 F

V = 150 V

Iniziamo col calcolare la capacità equivalente del sistema.

La capacità equivalente dei due condensatori in serie, C12, è pari a:

1/C12 = 1/C1 + 1/C2 = 1/C + 1/C = 2/C

C12 = C/2

La capacità equivalente del parallelo tra C12 e C3 è pari a:

Ceq = C12 + C3 = C/2 + C = 3/2 C = 3/2 · 10-6 F = 1,5 · 10-6 F = 1,5 μF

che risulta la capacità equivalente del sistema.

Calcoliamo adesso la carica totale presente nel sistema:

Q = Ceq · V = 3/2 · 10-6 · 150 = 225 μC

Tale carica è la somma delle cariche si trovano nel condensatore C3 e nel condensatore C1 o C2 (che essendo collegati in serie possiedono la medesima carica).

Per quanto riguarda le tensioni in ogni condensatore, possiamo affermare che C3, essendo presente nella stessa maglia in cui è posizionato il generatore di tensione), ne possiede la stessa ddp:

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V3 = 150 V

La carica sul condensatore 2 sarà dunque di:

Q3 = C3 · V3 = 10-6 · 150 = 150 μC

Mentre essendo:

Q = Q12 + Q3

otteniamo

Q12 = Q - Q3 = 225 μC - 150 μC = 75 μC

Infine calcoliamo la tensione ai capi dei condensatori 1 e 2:

V1 = Q1/C1 = 75 · 10-6 / 10-6 = 75 V

V2 = Q2/C2 = 75 · 10-6 / 10-6 = 75 V

Ricapitolando in definitiva:

  • la capacità equivalente del sistema vale 3/2 · C ovvero 1,5 μF
  • la ddp tra le armature di ogni condensatore vale V1 = V2 = 75V; V3 = 150 V
  • la carica presente in ogni condensatore è Q1 = Q2 = 75 μC ; Q3 = 150 μC.

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Collegamento di due o più condensatori in serie

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