Caricamento condensatore con generatore
Salve a tutti, ho un dubbio riguardo al caricamento di un condensatore collegato ad un generatore. Vi allego una foto che schematizza la situazione.
Questo argomento è stato trattato l'ultima volta a lezione ma non ci ho capito molto. Innanzitutto "le linee corte e linee lunghe" ,che schematizzano il generatore, cosa rappresentano?
Vi propongo alcune delle cose dette a lezione che non capisco (metto direttamente il testo di quello che il professore ha detto in quanto riascolto le registrazioni).
"Partiamo da un condensatore isolato e immaginiamo di collegarlo alla batteria della macchina per un tempo che serve per accumulare sull'armatura positiva cariche positive, sull'armatura negativa cariche negative."
Condensatore isolato cosa significa? Non riesco a capire se si tratta di un condensatore che già prima di essere collegato con il generatore aveva le armature cariche positivamente e negativamente (e quindi un campo elettrico tra le armature diverso da 0) oppure si tratta semplicemente di due armature neutre e quindi un condensatore "spento" senza campo elettrico.
"Nel momento in cui la differenza di potenziale, per esempio 12V, ai capi del condensatore è uguale alla differenza di potenziale ai capi del generatore, ho raggiunto l'equilibrio elettrostatico quindi non avrò più flusso di cariche dal generatore verso il condensatore. Il generatore è il mio ascensore di cariche che porta cariche ad un certo livello, quando ho riempito il mio bacino ad una quota di 12V non fluiscono più cariche verso il mio condensatore.
Prendo il condensatore e lo stacco dal generatore, quindi ai capi di questo condensatore isolato abbiamo una certa differenza di potenziale e abbiamo accumulato una certa carica Q sull'armatura positiva e una carica -Q sull'armatura negativa. Abbiamo spostato cariche da un'armatura all'altra, le abbiamo portate ad un potenziale più alto."
Non ho capito niente. Non riesco nemmeno a capire come funziona il generatore. Da dove partono le cariche del generatore? Verso quale armatura vanno? Cosa vuol dire applicare una differenza di potenziale?
La differenza di potenziale, in parole povere, non è un numero che mi dice il lavoro che il campo compie per spostare una carica da un punto A ad un punto B? Quindi che cosa vuol dire/che senso ha dire "avere una differenza di potenziale ai capi del condensatore"? Proprio fisicamente, concettualmente.
"Abbiamo spostato cariche da un'armatura all'altra, le abbiamo portate ad un potenziale più alto". In che senso "portate ad un potenziale più alto"?
Spero che qualcuno possa darmi una mano e spiegarmi bene come funzionano queste cose perché non ci ho veramente capito niente. Nonostante segua le lezioni e volta per volta studi cercando di capire, questa lezione mi è sembrata arabo. Vi ringrazio in anticipo per la disponibilità.
Questo argomento è stato trattato l'ultima volta a lezione ma non ci ho capito molto. Innanzitutto "le linee corte e linee lunghe" ,che schematizzano il generatore, cosa rappresentano?
Vi propongo alcune delle cose dette a lezione che non capisco (metto direttamente il testo di quello che il professore ha detto in quanto riascolto le registrazioni).
"Partiamo da un condensatore isolato e immaginiamo di collegarlo alla batteria della macchina per un tempo che serve per accumulare sull'armatura positiva cariche positive, sull'armatura negativa cariche negative."
Condensatore isolato cosa significa? Non riesco a capire se si tratta di un condensatore che già prima di essere collegato con il generatore aveva le armature cariche positivamente e negativamente (e quindi un campo elettrico tra le armature diverso da 0) oppure si tratta semplicemente di due armature neutre e quindi un condensatore "spento" senza campo elettrico.
"Nel momento in cui la differenza di potenziale, per esempio 12V, ai capi del condensatore è uguale alla differenza di potenziale ai capi del generatore, ho raggiunto l'equilibrio elettrostatico quindi non avrò più flusso di cariche dal generatore verso il condensatore. Il generatore è il mio ascensore di cariche che porta cariche ad un certo livello, quando ho riempito il mio bacino ad una quota di 12V non fluiscono più cariche verso il mio condensatore.
Prendo il condensatore e lo stacco dal generatore, quindi ai capi di questo condensatore isolato abbiamo una certa differenza di potenziale e abbiamo accumulato una certa carica Q sull'armatura positiva e una carica -Q sull'armatura negativa. Abbiamo spostato cariche da un'armatura all'altra, le abbiamo portate ad un potenziale più alto."
Non ho capito niente. Non riesco nemmeno a capire come funziona il generatore. Da dove partono le cariche del generatore? Verso quale armatura vanno? Cosa vuol dire applicare una differenza di potenziale?
La differenza di potenziale, in parole povere, non è un numero che mi dice il lavoro che il campo compie per spostare una carica da un punto A ad un punto B? Quindi che cosa vuol dire/che senso ha dire "avere una differenza di potenziale ai capi del condensatore"? Proprio fisicamente, concettualmente.
"Abbiamo spostato cariche da un'armatura all'altra, le abbiamo portate ad un potenziale più alto". In che senso "portate ad un potenziale più alto"?
Spero che qualcuno possa darmi una mano e spiegarmi bene come funzionano queste cose perché non ci ho veramente capito niente. Nonostante segua le lezioni e volta per volta studi cercando di capire, questa lezione mi è sembrata arabo. Vi ringrazio in anticipo per la disponibilità.
Risposte
"nico97it":
Per il fatto che gli elettroni escano dal polo negativo è perché si tratta di una pila di Daniell no? Se è così non capisco perché viene detto che una pila non produce elettroni. Come no? Vengono ceduti dalla specie che si ossida nell'anodo e ceduti ala specie che si riduce nel catodo, quindi gli elettroni vanno da anodo al catodo. Perché qui sia diverso non lo capisco.
Ti suggerirei di lasciar perdere le pile, che sono attrezzi complicati e sostanzialmente quantistici... Il modello concettualmente più semplice è il generatore Van de Graaf, il cui le cariche sono materialmente portate da un polo all'altro dalla cinghia in movimento; oppure una dinamo, ma qui dovresti sapere qualcosa sull'induzione elettromagnetica.
Nel frattempo rispondo all'altro tuo post.
Il potenziale può essere qualsiasi, nel solito paragone idraulico, in quanto tu puoi prendere baracca e burattini e portarli in cima a un monte. L'energia potenziale del tutto aumenta, ma il dislivello fra i due serbatoi resta lo stesso
Stai tranquillo, non esagerare 
Premesso che l'Halliday non è affatto approssimativo, nel caso in questione non ti devi fissare sul tipo di generatore usato, è del tutto irrilevante (e comunque gli elettroni non vengono generati ma solo spostati).
Sia mgrau che io stiamo dicendo che il valore assoluto (o numerico se vuoi) del potenziale è sconosciuto (e irrilevante), quello che conta nel caso nostro è che il potenziale di un'armatura sarà lo stesso del polo positivo e l'altro di quello negativo (alla fine del transitorio) qualsiasi sia il loro valore
Premesso che l'Halliday non è affatto approssimativo, nel caso in questione non ti devi fissare sul tipo di generatore usato, è del tutto irrilevante (e comunque gli elettroni non vengono generati ma solo spostati).
Sia mgrau che io stiamo dicendo che il valore assoluto (o numerico se vuoi) del potenziale è sconosciuto (e irrilevante), quello che conta nel caso nostro è che il potenziale di un'armatura sarà lo stesso del polo positivo e l'altro di quello negativo (alla fine del transitorio) qualsiasi sia il loro valore
"axpgn":
Stai tranquillo, non esagerare
Premesso che l'Halliday non è affatto approssimativo, nel caso in questione non ti devi fissare sul tipo di generatore usato, è del tutto irrilevante (e comunque gli elettroni non vengono generati ma solo spostati).
Sì d'accordo, il termine "generare" non è giusto ma il senso che intendiamo credo sia lo stesso, ovvero ci sono elettroni che si muovono. Per quanto riguarda il tipo di generatore come può essere irrilevante? Non ho ancora capito se si tratta di una pila (e in tal caso pare che non ci abbia capito niente) o di qualcos'altro. Se non capisco come lavora questo generatore e con quale criterio sposta le cariche credo che non ne verrò a capo. Nel Halliday non viene spiegato il funzionamento del generatore (o se lo spiega indicami il capitolo perché sto sfogliando e non lo trovo).
Sia mgrau che io stiamo dicendo che il valore assoluto (o numerico se vuoi) del potenziale è sconosciuto (e irrilevante), quello che conta nel caso nostro è che il potenziale di un'armatura sarà lo stesso del polo positivo e l'altro di quello negativo (alla fine del transitorio) qualsiasi sia il loro valore
Prima affermi che è sconosciuto e poi concludi con "quello che conta nel caso nostro è che il potenziale di un'armatura sarà lo stesso del polo positivo e l'altro di quello negativo (alla fine del transitorio) qualsiasi sia il loro valore". Sono confuso. Allora il valore numerico del potenziale si conosce. E' quello dei poli del generatore. Se il generatore è una pila, nel libro di chimica ci sono tutti i valori dei potenziali (di riduzione) dell'anodo e catodo. Quindi si conosce o sbaglio?
Questa è la pagina, dell'Halliday, che dovrebbe spiegare il funzionamento della carica del condensatore. Inoltre non è sbagliato il fatto che dica che il circuito sia chiuso? E' aperto a quanto ho capito.
Non è chiaro quando tenta di spiegare come si muovono gli elettroni/cariche quando si collega la batteria al condensatore.
Non è chiaro quando dice "gli elettroni vengono sospinti a percorrere i fili da un campo elettrico (quale campo??) che la batteria provvede a mantenere".
Ditemi cosa sto sbagliando e perché faccio fatica a capire queste cose. Ho sempre seguito le lezioni e ristudiato le cose.
Lascia perdere le pile! Ti fanno diventare matto, stai perdendo tempo sul niente.
Nel contesto di questo problema il "come" vengano spostate le cariche non ha minimamente importanza, ti basi sapere che esiste un dispositivo che le sposta da un punto, che ha un certo potenziale, ad un altro punto con potenziale più alto. Punto. Così come non ti interessa sapere come è fatta e come funziona una pompa idraulica per capire che sposta l'acqua dal basso verso l'alto.
Te ne devi convincere: non ti serve sapere come funziona il generatore.
Nell'Halliday (almeno nella versione che ho io) viene spiegato nel capitolo sui circuiti dopo quello sulla corrente (però non credo che venga approfondito più di tanto, d'altronde è un libro di Fisica non di Elettrotecnica).
Il valore assoluto assunto dal potenziale ai poli del generatore (e sulle armature) ovvero il numero che lo rappresenta è sconosciuto (anzi arbitrario) ma ciò non mi impedisce di conoscere la differenza di potenziale tra i due poli; è come se io fossi al settimo piano di un edificio e tu a piano terra: è irrilevante l'altezza sul livello del mare mia e tua affinché io possa dire che tra te e me ci sono sette piani di differenza, che il palazzo si trovi a Roma o a Cervinia non conta l'altezza assoluta (che poi anch'essa è relativa al livello del mare) ma la differenza tra te e me.
Nel contesto di questo problema il "come" vengano spostate le cariche non ha minimamente importanza, ti basi sapere che esiste un dispositivo che le sposta da un punto, che ha un certo potenziale, ad un altro punto con potenziale più alto. Punto. Così come non ti interessa sapere come è fatta e come funziona una pompa idraulica per capire che sposta l'acqua dal basso verso l'alto.
Te ne devi convincere: non ti serve sapere come funziona il generatore.
Nell'Halliday (almeno nella versione che ho io) viene spiegato nel capitolo sui circuiti dopo quello sulla corrente (però non credo che venga approfondito più di tanto, d'altronde è un libro di Fisica non di Elettrotecnica).
Il valore assoluto assunto dal potenziale ai poli del generatore (e sulle armature) ovvero il numero che lo rappresenta è sconosciuto (anzi arbitrario) ma ciò non mi impedisce di conoscere la differenza di potenziale tra i due poli; è come se io fossi al settimo piano di un edificio e tu a piano terra: è irrilevante l'altezza sul livello del mare mia e tua affinché io possa dire che tra te e me ci sono sette piani di differenza, che il palazzo si trovi a Roma o a Cervinia non conta l'altezza assoluta (che poi anch'essa è relativa al livello del mare) ma la differenza tra te e me.
Inoltre non è sbagliato il fatto che dica che il circuito sia chiuso? E' aperto a quanto ho capito.
Fa una certa confusione fra la chiusura dell'interruttore (vero) e quella del circuito (falso). Diciamo che qui dice "chiuso", ma sarebbe meglio di "alimentato"
Non è chiaro quando tenta di spiegare come si muovono gli elettroni/cariche quando si collega la batteria al condensatore.
Non è chiaro quando dice "gli elettroni vengono sospinti a percorrere i fili da un campo elettrico (quale campo??) che la batteria provvede a mantenere".
Infatti. Non è chiaro per niente. La batteria non produce un campo elettrico, ma una forza elettromotrice (f.e.m.). Gli elettroni si spostano contro il campo elettrico. E smettono di spostarsi quando il campo elettrico, generato dal loro accumulo (e scarsezza) sulle armature diventa uguale (e opposto) alla f.e.m.
In quella pagina vengono introdotti dei concetti che verranno poi esplicitati successivamente; è un fatto abbastanza normale, capita anche in Matematica che pure dovrebbe esser più "rigida", di dovere anticipare idee spiegate meglio successivamente, idee che devi "prendere per buone" sul momento.
Questo al fine di comprendere l'argomento principale.
Questo al fine di comprendere l'argomento principale.
Questa è una versione inglese dello stesso paragrafo:
"One way to charge a capacitor is to place it in an electric circuit with a battery. An electric circuit is a path through which charge can flow. A battery is a device that maintains a certain potential difference between its terminals (points at which charge can enter or leave the battery) by means of internal electrochemical reactions in which electric forces can move internal charge. In Fig. 25-4a, a battery B, a switch S, an uncharged capacitor C, and interconnecting wires form a circuit. The same circuit is shown in the schematic diagram of Fig. 25-4b, in which the symbols for a battery, a switch, and a capacitor represent those devices. The battery maintains potential difference V between its terminals. The terminal of higher potential is labeled + and is often called the positive terminal; the terminal of lower potential is labeled – and is often called the negative terminal.
The circuit shown in Figs. 25-4a and b is said to be incomplete because switch S is open; that is, the switch does not electrically connect the wires attached to it. When the switch is closed, electrically connecting those wires, the circuit is complete and charge can then flow through the switch and the wires. As we discussed in Chapter 21, the charge that can flow through a conductor, such as a wire, is that of electrons. When the circuit of Fig. 25-4 is completed, electrons are driven through the wires by an electric field that the battery sets up in the wires. The field drives electrons from capacitor plate h to the positive terminal of the battery; thus, plate h, losing electrons, becomes positively charged. The field drives just as many electrons from the negative terminal of the battery to capacitor plate l; thus, plate l, gaining electrons, becomes negatively charged just as much as plate h, losing electrons, becomes positively charged."
"One way to charge a capacitor is to place it in an electric circuit with a battery. An electric circuit is a path through which charge can flow. A battery is a device that maintains a certain potential difference between its terminals (points at which charge can enter or leave the battery) by means of internal electrochemical reactions in which electric forces can move internal charge. In Fig. 25-4a, a battery B, a switch S, an uncharged capacitor C, and interconnecting wires form a circuit. The same circuit is shown in the schematic diagram of Fig. 25-4b, in which the symbols for a battery, a switch, and a capacitor represent those devices. The battery maintains potential difference V between its terminals. The terminal of higher potential is labeled + and is often called the positive terminal; the terminal of lower potential is labeled – and is often called the negative terminal.
The circuit shown in Figs. 25-4a and b is said to be incomplete because switch S is open; that is, the switch does not electrically connect the wires attached to it. When the switch is closed, electrically connecting those wires, the circuit is complete and charge can then flow through the switch and the wires. As we discussed in Chapter 21, the charge that can flow through a conductor, such as a wire, is that of electrons. When the circuit of Fig. 25-4 is completed, electrons are driven through the wires by an electric field that the battery sets up in the wires. The field drives electrons from capacitor plate h to the positive terminal of the battery; thus, plate h, losing electrons, becomes positively charged. The field drives just as many electrons from the negative terminal of the battery to capacitor plate l; thus, plate l, gaining electrons, becomes negatively charged just as much as plate h, losing electrons, becomes positively charged."
"axpgn":
Questa è una versione inglese dello stesso paragrafo:
"One way to charge a capacitor is to place it in an electric circuit with a battery. An electric circuit is a path through which charge can flow. A battery is a device that maintains a certain potential difference between its terminals (points at which charge can enter or leave the battery) by means of internal electrochemical reactions in which electric forces can move internal charge. In Fig. 25-4a, a battery B, a switch S, an uncharged capacitor C, and interconnecting wires form a circuit. The same circuit is shown in the schematic diagram of Fig. 25-4b, in which the symbols for a battery, a switch, and a capacitor represent those devices. The battery maintains potential difference V between its terminals. The terminal of higher potential is labeled + and is often called the positive terminal; the terminal of lower potential is labeled – and is often called the negative terminal.
The circuit shown in Figs. 25-4a and b is said to be incomplete because switch S is open; that is, the switch does not electrically connect the wires attached to it. When the switch is closed, electrically connecting those wires, the circuit is complete and charge can then flow through the switch and the wires. As we discussed in Chapter 21, the charge that can flow through a conductor, such as a wire, is that of electrons. When the circuit of Fig. 25-4 is completed, electrons are driven through the wires by an electric field that the battery sets up in the wires. The field drives electrons from capacitor plate h to the positive terminal of the battery; thus, plate h, losing electrons, becomes positively charged. The field drives just as many electrons from the negative terminal of the battery to capacitor plate l; thus, plate l, gaining electrons, becomes negatively charged just as much as plate h, losing electrons, becomes positively charged."
Il testo inglese mi sembra più chiaro. Mi chiedo come abbiano solo pensato di tradurre la parola "charge" con "corrente" quando sarebbe meglio tradurla con "carica", dato che l'argomento corrente elettrica viene dopo.
Vediamo se ho capito il funzionamento del generatore.
Il polo positivo quindi preleva elettroni dall'armatura a esso collegata che quindi si carica positivamente mentre il polo negativo butta lo stesso numero di elettroni sull'altra armatura che si carica negativamente. Quindi TRA le due armature non vedo cariche spostarsi giusto? Ma solo un campo elettrico diretto dall'armatura positiva a quella negativa. Quindi quando poi si va a calcolare l'energia accumulata facendo l'esempio di prelevare cariche positive da una armatura e buttarle sull'altra, in realtà ciò non avviene perché non ho cariche che passano tra le due armature. Viene fatto quell'esempio solo per semplificare giusto?Il lavoro di prendere una carica positiva dall'armatura e metterla sull'altra è uguale al lavoro che nella realtà compie il generatore per caricare le armature, ho capito bene?
Se questo è il funzionamento del generatore allora non è una pila.
Infine ultima cosa, le cariche sull'armatura carica positivamente si troveranno ad un potenziale maggiore (perché collegata al polo positivo) rispetto a quelle sull'armatura negativa (perché collegata al polo negativo) e questo dislivello non cambia se entrambe le armature vengono "alzate" dello stesso potenziale. Ora capisco perché si dice che il potenziale è definito a meno di una costante.
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