Buongiorno, bentornati e bentornate sul canale. Parliamo di energia del condensatore, o sarebbe meglio dire energia immagazzinata nel condensatore. Per capire questo argomento è bene ricordare che una delle proprietà più importanti dell'energia è che l'energia si può accumulare, può essere immagazzinata.
Ad esempio, se pensate a un serbatoio pieno di benzina, ecco, potete pensare a quel serbatoio come a un contenitore di energia. energia che può stare lì un certo tempo e poi essere utilizzata per far muovere la macchina cioè per fare lavoro, cioè produrre una forza che creerà uno spostamento sull'automobile stessa cosa per una diga, l'acqua contenuta in una diga è energia potenziale che può essere poi utilizzata per muovere delle pale oppure un altro esempio è l'energia di una batteria che può essere utilizzata per muovere le lancette di un orologio o l'energia accumulata in una molla che può essere utilizzata anch'essa per muovere una pallina, una macchinina, le lancette di un orologio. Allo stesso modo anche un condensatore contiene dell'energia.
Un condensatore ricordiamo essere costituito da due conduttori detti piastre, uno carico negativamente e l'altro carico positivamente, tra esse si genera un campo elettrico che se le piastre sono piane è un campo elettrico uniforme e questo oggetto se carico contiene un'energia, che è un'energia potenziale elettrica che è uguale a un mezzo per la carica che c'è su ciascuna piastra per la differenza di potenziale tra le piastre che se il campo elettrico è uniforme la differenza di potenziale tra le piastre è anche uguale al campo elettrico per la distanza per comprendere meglio perché il condensatore ha energia utilizziamo questa animazione All'inizio abbiamo un condensatore scarico, non c'è carica elettrica e quindi l'energia vale zero. Ora tramite questa pila, detto anche generatore di tensione, applichiamo una differenza di potenziale e quindi carichiamo le armature. Che cosa vuol dire caricare le armature?
Vuol dire che degli elettroni vengono prelevati dalla piastra superiore, che si carica quindi positivamente, e trasportati nella faccia inferiore. Ora, per fare questo spostamento di carica devo compiere un lavoro esterno perché gli elettroni si stanno spostando contro la loro natura. Adesso che la piastra è già stata un po'caricata positivamente, questa piastra positiva tenderà ad attrarre gli elettroni. Invece noi li preleviamo, quindi dobbiamo applicare una forza esterna e li portiamo nella piastra inferiore.
Chi è che esercita questa forza? La esercita appunto la pila, la batteria. quindi la batteria esercita una forza per spostare degli elettroni quindi fa del lavoro e questo per fare questo lavoro quindi la pila perde energia dato che l'energia non si può né creare né distruggere va a finire nel condensatore mentre carico il condensatore sto trasportando energia dalla batteria al condensatore Un altro modo di fornire energia al condensatore consiste nello scollegarlo dalla pila e poi modificare la distanza tra le piastre. Dato che queste piastre sono di carico opposto, tendono ad attrarsi. Se io le allontano ulteriormente, faccio aumentare l'energia del condensatore perché devo applicare una forza.
Quindi io che sto tirando, spendo energia e trasferisco questa energia al condensatore. Quindi in pratica il condensatore si può caricare in due modi, o aumentando la carica sulle piastre tramite un generatore, oppure scollegando il condensatore dal generatore e aumentando la distanza tra le piastre già cariche. Se invece le piastre si avvicinano, allora diminuisce l'energia del condensatore e questa energia può essere trasferita a qualcos'altro.
Un esempio di applicazione sono i tasti di una tastiera del pc. Ogni tasto è un piccolo condensatore, quando io schiaccio un tasto faccio diminuire la distanza tra le armature e quindi faccio diminuire l'energia del condensatore. Questa energia verrà trasformata in un segnale elettrico che farà apparire una lettera sullo schermo del computer.
Ora, per dimostrare la validità della formula precedente, cioè che l'energia è uguale a un mezzo per carica per differenza di potenziale, Possiamo utilizzare o il ragionamento della pila oppure il ragionamento della forza che allontana le due piastre. Io scelgo questa seconda opzione perché mi sembra più semplice. Qui vediamo rappresentato il condensatore e le linee nere rappresentano le linee di campo elettrico tra le due piastre.
Io applico una forza esterna, ad esempio sulla faccia positiva, avrei anche potuto applicarlo sulla faccia negativa e questa forza tenderà ad allontanare le piastre. Come al solito l'energia potenziale è uguale al lavoro fatto da una forza esterna contro la forza conservativa, quindi la forza esterna per lo spostamento, dove questo è un prodotto scalare tra vettori. Allora svolgiamo il calcolo, l'energia potenziale elettrica del condensatore è uguale alla forza per lo spostamento se immaginiamo che all'inizio le piastre siano infinitamente vicine, che quindi l'energia iniziale sia uguale a zero allora lo spostamento è semplicemente la distanza d tra le piastre quindi l'energia potenziale è forza per distanza tra le piastre la forza è uguale alla carica, ad esempio la carica positiva sulla quale si applica la forza per il campo elettrico.
Però attenzione non devo considerare l'intero campo elettrico tra le due piastre ma solo il campo prodotto dalla piastra negativa perché quando io applico la formula forza uguale carica per campo elettrico non considero il campo elettrico prodotto dalla carica stessa che in questo caso è la piastra positiva. Ora il campo elettrico nell'intero condensatore si calcola come abbiamo visto nei video precedenti, sigma fratto ε con 0. Invece quello prodotto dalla sola piastra negativa è sigma fratto 2ε con 0. Quindi in pratica il campo elettrico è meno prodotto dalla piastra negativa, sarà uguale a un mezzo per il campo elettrico e tra le piastre del condensatore. Chiaramente si poteva fare lo stesso identico discorso se avesse applicato la forza alla piastra negativa, non c'è nessuna differenza.
Ora ricordiamo che campo elettrico per distanza dà la differenza di potenziale tra le piastre che indico semplicemente con V e quindi si ottiene la formula che abbiamo visto in precedenza energia potenziale elettrica uguale un mezzo per Q per V. Faccio notare che la formula precedente può essere espressa in modi diversi, infatti ricordiamo che la definizione di capacità elettrica è uguale alla carica su ciascuna piastra fratto. la differenza di potenziale V e quindi da Q uguale C per V si può esprimere l'energia potenziale elettrica anche come un mezzo C via la seconda oppure usando l'altra formula differenza di potenziale uguale Q fratto C si può scrivere che l'energia potenziale elettrica è Q alla seconda fratto 2C. Ora per non fare confusione con tutte queste formule il mio consiglio è di impararne una ad esempio questa un mezzo q per v e poi collegarla con la definizione di capacità elettrica in questo modo trovi le altre due concludiamo questo video con una osservazione interessante mettiamo in evidenza le linee di campo elettrico vedete il campo elettrico è solo tra le due piastre ed è uniforme se io allontano le due piastre quindi se faccio aumentare l'energia del condensatore sto creando campo elettrico in una regione di spazio ove prima non c'era e quindi l'energia del condensatore può essere anche pensata come quell'energia necessaria per creare un campo elettrico in una regione di spazio ove prima non c'era e quindi si può anche parlare di energia del campo elettrico cioè ogni volume occupato da un campo elettrico ha una certa energia e nel prossimo video vedremo qual è la formula per calcolare questa energia del campo elettrico.
Ma per ora mi fermo qui e ti ringrazio per avermi seguito fino in fondo. Ti ricordo che tutti i video di elettromagnetismo sono raccolti nella playlist F4 che puoi trovare sul mio canale. Ciao e grazie!