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Relazione di Fisica - impedenza e capacità

fisica


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Relazione di Fisica


Titolo: impedenza e capacità.


Scopo: verificare il comportamento di induttori e condensatori in circuiti con correnti continue e        alternate.


Materiale: pila da 4,5 V, basetta, fili conduttori, condensatore 50µF, induttore 50 mH (corrente max dell'induttanza 0,25A).


Strumenti: tester analogici, gener 949h71j atore stabilizzato (R[interna] = 0Ω ) di corrente alternata.


Il condensatore è usato per immagazzinare energia per permettere il flusso di corrente in alternata e per bloccare la corrente continua, per inserire in un circuito un tempo di ritardo. Gli induttori sviluppano una tensione opposta alla tensione variabile applicata, mentre in continua essendo essenzialmente un filo di rame avvolto in bobina rappresentano una resistenza che segue la seconda legge di Ohm R=ρ l/s.





Procedimento: abbiamo collegato il generatore ad un circuito composto da un induttore da 50mH ed una resistenza da 50Ω in modo da non avere nel circuito una corrente superiore a 0,25A come specificato dall'induttore. Nel primo caso abbiamo tenuto la frequenza del generatore fissa a 50 Hz e il ΔV variabile 5V e 10V.


Corrente max >= intensità 1°)0,25A>=5V/R R>=20 Ω 2°) 0,25A>=10V/R R>=40 Ω


La resistenza da inserire dovrebbe essere superiore o uguale a 40 Ω ma onde evitare sovraccarichi nel circuito utilizzeremo da 50 Ω.


Frequenza

Vl

Il

Vl/Il

50 Hz

5V

96mA


50Hz

10V

193mA



Nel secondo caso abbiamo utilizzato una Vl fissa da 5V ed una frequenza variabile.


Frequenza

Vl

Il

Vl/Il

100 Hz

5V

3,18mA


1.000Hz

5V

0,57mA



Si vede come la resistenza presentata dall'induttore varia al cambiare della frequenza. Questo è un comportamento strano se consideriamo la legge di Ohm :ΔV=R*I infatti mantenendo la ddp cosante come nell'ultima tabella la I e la R non avrebbero dovuto variare.

Abbiamo infine inserito in mezzo all'induttore una barretta di materiale ferromagnetico e abbiamo osservato che la tensione aumenta.


Ora andiamo a vedere se per quanto riguarda il condensatore si può ragionare similmente.

Andando a effettuare le misurazioni con frequenza variabile osserviamo che la tensione ai capi del generatore è sempre 0V quindi sarebbe un circuito chiuso. Allora  proviamo ad utilizzare una scala più sensibile per vedere se questo 0V è veramente preciso.



Frequenza

Vl

Il

100 Hz

0V

3mA

1.000Hz

0,015V

3mA



100.000Hz

0,010V

5mA


Dopo queste misurazioni possiamo dire con discreta precisione che la tensione è veramente 0V.


Ora andiamo ad effettuare le stesse misure utilizzando corrente continua attraverso l'impiego di una pila da 4,5V .

Per quanto riguarda l'induttore non vi è molto da dire: essendo un filo di rame avvolto ad una bobina allunga solamente il circuito apportando una resistenza minima la quale segue la 2°legge di Ohm già citata in precedenza.

Invece è interessante andare a vedere il comportamento del condensatore.

Identifichiamo subito 2 momenti : transiente e stazionario.

Il primo è nel passaggio dell'accensione quindi da ΔV=0V a ΔV=4,8V e rappresenta il momento di carica del condensatore. Il secondo si verifica quando il condensatore si è caricato e nel circuito vi sono una pila, un condensatore e una resistenza da 200Ω, non vi passa corrente ( I=0 ). Se andiamo a misurare il ΔV ai capi del condensatore notiamo che è 4,8 rispettando in tal modo la legge della circuitazione.




ΔV gen 4,8 - ΔV cond -4,8 = 0

 


Notiamo che con queste considerazioni il condensatore in corrente continua è come un circuito aperto e questo è evidenziato dal mancato passaggio di corrente.

Adesso andiamo a vedere invece quando noi togliamo il generatore cosa succede nel circuito.

 


T [s]

ΔV cond[V]



























Osservando il grafico si nota che in assenza di un generatore esterno il condensatore si comporta da generatore rilasciando la carica accumulata in precedenza. Questo avviene unicamente in presenza di un utilizzatore, in questo caso il voltmetro analogico, dotato di R=100KΩ.

Questo esperimento ci permette di capire meglio la struttura di un condensatore inserito in un circuito in serie. Esso si comporta come un volano energetico capace di immagazzinare o cedere energia quando la corrente che percorre un circuito subisce incrementi, decrementi o addirittura la vera e propria mancanza di ΔV.






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