Condensatori come filtro stabilizzatore

✅ Cosa fa davvero un condensatore elettrolitico messo in parallelo?

Un condensatore in parallelo in un circuito serve soprattutto per smorzare (filtrare) le variazioni di tensione, non di corrente in senso stretto. In altre parole:

• Compensa i cali di tensione (dando corrente al carico quando la tensione cala).

• Assorbe gli eccessi di corrente momentanei, quando la tensione tende a salire bruscamente (non perché è “vuoto”, ma perché la tensione ai suoi capi è inferiore a quella istantanea della sorgente).

🔄 Come funziona nei due casi?

1. Calo di tensione (richiesta improvvisa di corrente):

• Il carico chiede più corrente di quella che l’alimentatore riesce a fornire istantaneamente.

• Il condensatore si scarica per un attimo, fornendo parte della corrente al carico.

• Questo evita che la tensione scenda troppo.

2. Aumento improvviso della tensione (corrente in eccesso):

• Il carico chiede meno corrente, oppure si spegne qualcosa, e la tensione tende a salire.

• Il condensatore si ricarica rapidamente, assorbendo corrente dall’alimentatore.

• Questo attenua il picco di tensione.

Quindi sì, il condensatore agisce anche durante aumenti di tensione.

⚠️ Attenzione al concetto di "condensatore già carico"

È vero che un condensatore carico non può più caricarsi... ma solo se la tensione della sorgente è esattamente uguale a quella ai suoi capi. In realtà, se la tensione della sorgente supera quella del condensatore, ci sarà flusso di corrente verso il condensatore. Anche se è "quasi pieno", può ancora caricarsi un po’, e questo basta per “assorbire” l’energia in eccesso per un attimo.

📌 Conclusione

Un condensatore funziona in entrambi i sensi:

• Quando la tensione scende, si scarica e aiuta a sostenere il carico.

• Quando la tensione sale, si ricarica e smorza il picco.

È per questo che viene usato per stabilizzare la tensione, ad esempio nei circuiti di alimentazione o nelle uscite dei raddrizzatori dopo un ponte diodi.

Si ma perchè dici che è quasi carico in condizione di tensione stabile lui si carica completamente, è completamente carico come fa quando la tensione aumenta ad assorbire corrente se è pieno come un uovo

⚡ Condizione a tensione stabile

Hai ragione: quando un condensatore è collegato a una tensione continua e costante, si carica completamente e non circola più corrente. È come dici tu: "pieno come un uovo".

❓ Quindi, come fa ad assorbire corrente se è già carico?

La chiave è questa:

⚠️ "Pieno" significa che ha la stessa tensione della linea. Ma se la tensione della linea aumenta ancora, allora il condensatore non è più pieno rispetto alla nuova tensione.

💡 Esempio pratico:

• Supponiamo che il condensatore sia carico a 12 V.

• Improvvisamente l'alimentatore sale a 13 V, magari per un rimbalzo o un carico che si è staccato.

• Ora il condensatore è più basso della linea ⇒ si crea una differenza di tensione tra la sorgente (13 V) e il condensatore (12 V).

• Quella differenza spinge corrente dentro il condensatore, anche se sembrava già “pieno”.

Il condensatore non è una spugna che si riempie fino a un punto fisso per sempre, ma segue la tensione. Appena la tensione sale, il “livello” massimo si sposta più in alto, e quindi può assorbire ancora un po' di carica.

⚠️ Nota importante:

Il condensatore non ha un "limite di corrente", ma solo un limite di tensione massimo (es. 16V, 25V ecc.). Quindi:

• Se la tensione aumenta rapidamente,

• anche per pochi millisecondi,

• il condensatore può assorbire molta corrente impulsiva, per riallinearsi alla nuova tensione.

🧠 In sintesi:

Anche se un condensatore è "carico", può ancora assorbire corrente ogni volta che la tensione della linea aumenta rispetto a lui.
Quello che conta non è che sia pieno, ma quanto è "indietro" rispetto alla tensione istantanea della linea.

Allora spiegami perchè aumentando la tensione è come se si liberasse spazio per altri elettroni

Domanda eccellente. Per rispondere chiaramente, dobbiamo andare un po’ più in profondità nella fisica del condensatore. Tieniti forte: non si tratta di “spazio fisico per elettroni”, ma di campo elettrico e potenziale.

⚙️ Come funziona un condensatore: base fisica

Un condensatore è formato da due armature conduttrici separate da un dielettrico. Quando colleghi una tensione:

• Una armatura si carica positivamente (perde elettroni),

• L’altra si carica negativamente (acquista elettroni),

• Si crea un campo elettrico tra le armature,

• Questo campo è proporzionale alla tensione applicata.

L’energia immagazzinata nel condensatore è:
E=12CV2E = \frac{1}{2} C V^2 E = 2 1​ CV 2

🔋 Aumento della tensione: perché può entrare altra carica

La carica immagazzinata è legata alla tensione tramite:

Q=C⋅VQ = C \cdot V Q = C ⋅ V

• C è fisso (dipende dalla geometria e dal dielettrico),

• V è la tensione ai capi,

• Quindi, se V aumenta, Q deve aumentare ⇒ serve più carica.

🧠 Ma perché “serve” più carica?

Perché la tensione è una misura dell’energia per unità di carica. Se porti la tensione da 12 V a 13 V, stai dicendo:

“Ogni coulomb di carica deve avere più energia elettrica.”

Per fare ciò, devono accumularsi più elettroni sull’armatura negativa per rafforzare il campo elettrico interno in modo che corrisponda alla nuova tensione.

❌ Non è come riempire una bottiglia

L’analogia “il condensatore è pieno di elettroni” funziona solo fino a un certo punto. Il condensatore non ha un limite fisico di carica, ma ha solo un limite di tensione massima oltre il quale si rompe (dielettrico che cede).

Non è che si “libera spazio” fisicamente: è che la nuova tensione più alta richiede un campo elettrico più intenso, e quindi più carica accumulata sulle armature per generarlo.

🔄 Perché entra altra corrente?

Perché per aumentare la carica servono altri elettroni ⇒ e questi devono arrivare sotto forma di corrente.
Quindi:

• Sale la tensione → serve più carica → arriva corrente → il condensatore “assorbe”.

🔚 In sintesi:

Aumentare la tensione significa aumentare il campo elettrico, e per farlo servono più cariche sulle armature, quindi il condensatore assorbe corrente anche se era “pieno” prima.

Ma come avviene nelle batterie al litio ad es la grafite può trattenere una certa quantità di ioni e questo limita la capacità della batteria infatti sono riusciti ad aumentare la capacita aggiungendo silicio che sembra sia in grado di trattenere più ioni di quanto facia la grafite. Ora il condensatore ha le armature fatte di un certo materialeperchè non ha il limite che hanno grafite ed altri per gli ioni

⚡️ CONFRONTO TRA BATTERIA E CONDENSATORE

🔬 PERCHÉ LE BATTERIE HANNO UN LIMITE DI MATERIALI

Quando ioni di litio entrano nella grafite, vanno fisicamente a incastrarsi negli spazi fra i piani atomici (processo chiamato intercalazione).
La grafite ha un numero finito di “posti” per questi ioni.

➡️ Aggiungendo silicio, che può legarsi a molti più ioni (fino a 10 volte di più per grammo), aumentano la capacità specifica, ma con problemi di espansione meccanica.

⚙️ PERCHE' IL CONDENSATORE NON HA QUESTO LIMITE

Il condensatore non immagazzina energia chimicamente, quindi:

• Non c'è materiale che deve ospitare fisicamente ioni o atomi.

• Le armature non assorbono ioni, si limitano a separare cariche elettriche.

• La carica si accumula sulla superficie delle armature metalliche (come un campo elettrico), non "dentro" come nelle batterie.

L’unico vero limite è quanto campo elettrico può sopportare il dielettrico isolante tra le armature, prima di rompersi.

🧠 Vuoi un’analogia?

• 🔋 Una batteria è come una spugna: può assorbire liquido (ioni) fino a un certo punto. La spugna può essere più o meno capiente a seconda del materiale (grafite, silicio…).

• ⚡ Un condensatore è come una molla: immagazzina energia semplicemente comprimendosi (campo elettrico), finché non supera il punto di rottura.

🧪 PS: Supercondensatori

Esistono anche supercondensatori (o ultracapacitor), che sono una via di mezzo:

• Hanno elettrodi porosi che aumentano la superficie di carica,

• E un elettrolita, ma senza reazioni chimiche vere.

Sono molto interessanti, ma non sono batterie, né hanno i limiti chimici della grafite.

Vuoi approfondire i supercondensatori o vedere una comparazione grafica tra i due sistemi?

Quindi mentre gli atomi o ioni hanno una dimensione tanto da entrare nel reticolo solo in quantità definite, gli elettroni anche se non entrano nel reticolo rimangono in superficie non hanno nessuna dimensione? se accumulandosi sempre di più non fanno uno stato

Esatto, stai arrivando al cuore della differenza tra elettroni liberi e ioni legati in un reticolo. Vediamo punto per punto, perché la tua osservazione è profonda e merita una spiegazione chiara:

⚛️ 1. Gli ioni hanno volume, gli elettroni... quasi no

• Gli ioni di litio, come tutti gli atomi o ioni, hanno una dimensione fisica reale (raggio ionico), e quando li "inserisci" in un materiale (es. grafite), occupano spazio.

• Gli elettroni, invece, non sono palline con volume fisso.
  In meccanica quantistica, non hanno una posizione e dimensione precisa, ma una probabilità di presenza: sono descritti da funzioni d’onda.

Quindi non puoi “riempire” uno spazio con elettroni come con palline da ping-pong.

⚡ 2. Nel condensatore: carica su superficie, non dentro il reticolo

Nel condensatore:

• Gli elettroni non entrano nel materiale (non c’è una reazione chimica),

• Si accumulano sulla superficie metallica (armatura negativa),

• Questa superficie accumula carica finché il campo elettrico tra le armature (quindi la tensione) non supera il limite del dielettrico.

🧱 3. Non fanno uno “stato fisico” come materia solida

Gli elettroni accumulati su una superficie non formano uno stato della materia, tipo liquido o solido. Tuttavia:

• Si distribuiscono in base alle leggi elettrostatiche,

• Raggiungono un equilibrio di potenziale sulla superficie del conduttore,

• E generano un campo elettrico costante, proporzionale alla tensione.

Non puoi “vedere” lo spessore del loro accumulo, ma teoricamente, si estendono su scala nanometrica, come densità di carica superficiale.

🧠 4. Ma allora… c’è un limite fisico?

Sì, ma non per mancanza di “spazio” per gli elettroni, bensì:

• Perché se la carica è troppa → la differenza di potenziale diventa troppo alta,

• → Il dielettrico tra le armature si rompe (effetto di scarica dielettrica),

• → E il condensatore si brucia.

Quindi il limite non è spaziale, ma elettrico (campo massimo sopportabile).

🔍 Vuoi una metafora visiva?

• Immagina una barriera isolante tra due piastre. Più elettroni accumuli, più alta la "pressione elettrica" (tensione).

• Quando questa pressione supera il limite del materiale isolante (come rompere un vetro con troppa forza), avviene una scarica.

✅ Conclusione

• Gli elettroni non hanno un volume definito come gli ioni, quindi non “riempi” fisicamente le armature.

• Si accumulano sulla superficie fino al limite del campo elettrico massimo.

• Non formano uno “stato fisico” come gas o solido, ma un equilibrio di carica.