DOMANDA Sfasamento Condensatori e Induttori

Scienza

Daniele00

Salve, come sappiamo i condensatori e gli induttori causano uno sfasamento, mi riferisco però a quello di tensione tra generatore e induttore o condensatore, e non allo sfasamento corrente-tensione.

Mentre sul secondo in internet ho trovato molte informazioni, sul primo non ho trovato praticamente nulla.

La mia domanda è, perché osservando le forme d'onda con l'oscilloscopio la sinusoide sull'induttore o condensatore è in anticipo rispetto al generatore?
 
#1

Manuel Ferrari

Utente Èlite
Due che potrebbero risponderti sono @Falco75 e @gronag (scusate il disturbo :look:)
 
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#2

Daniele00


Non ho approfondito tanto ma, se non sbaglio, entrambe le pagine parlano di sfasamento tra tensione e corrente, Io vorrei capire il motivo dello sfasamento della tensione sul generatore e sull'induttore/condensatore.

Non mi serve certo una tesi di laurea, mi bastano 4/5 righe che mi facciano capire a grandi linee il concetto.
 
#4

Falco75

Utente Èlite
Se lo sapessi te lo direi volentieri :D
 
Mi Piace: Manuel Ferrari
#5

Andretti60

Utente Èlite
Il condensatore richiede tempo per caricarsi, quindi la tensione ai suoi capi sarà sempre in ritardo rispetto alla tensione applicata. Pensa in termini di corrente continua: quando si chiude il circuito, la tensione ai capi del condensatore andrà da zero alla tensione applicata seguendo la legge di carica (esponenziale).
Al contrario, l'induttore appena è percorso da corrente genera un campo magnetico che si oppone al passaggio della corrente, ossia ci sarà una tensione, in anticipo su quella applicata, che la contrasta.
 
#6

Daniele00

Andretti60 ha detto:
Il condensatore richiede tempo per caricarsi, quindi la tensione ai suoi capi sarà sempre in ritardo rispetto alla tensione applicata. Pensa in termini di corrente continua: quando si chiude il circuito, la tensione ai capi del condensatore andrà da zero alla tensione applicata seguendo la legge di carica (esponenziale).
Al contrario, l'induttore appena è percorso da corrente genera un campo magnetico che si oppone al passaggio della corrente, ossia ci sarà una tensione, in anticipo su quella applicata, che la contrasta.

Quindi a motivo della "resistenza" (chiamiamola cosi :hihi:) che il condensatore oppone alle cariche elettriche la tensione ai suoi capi si trova in ritardo.
Mentre a causa della forza contro elettro-motrice generata dall'induttore si "genera" una tensione in anticipo rispetto al generatore...

Non è che mi sia chiarissimo...:muro::lol::lol:
 
#7

Daniele00 ha detto:
Quindi a motivo della "resistenza" (chiamiamola cosi :hihi:) che il condensatore oppone alle cariche elettriche la tensione ai suoi capi si trova in ritardo.
Mentre a causa della forza contro elettro-motrice generata dall'induttore si "genera" una tensione in anticipo rispetto al generatore...

Non è che mi sia chiarissimo...:muro::lol::lol:

Il comportamento in regime sinusoidale dei bipoli "reattivi" (induttori e condensatori, considerandoli "ideali" per il momento), cioè ad accumulo di energia, è completamente determinato dal modello matematico che li rappresenta: ad es. nel caso dell'induttore tale modello è v(t) = L*(di(t)/dt), ossia la tensione istantanea è pari all'induttanza L della bobina per la derivata della corrente istantanea (rispetto al tempo) :asd:
Bene, già da questa relazione si evince che la tensione ai capi della bobinetta varia, istante per istante, secondo la velocità di variazione della corrente nel tempo e non in base al valore istantaneo della corrente stessa :shock:
Ora, essendo l'espressione analitica della corrente sinusoidale i(t) = I*sin(omega*t+phi), in cui omega è la pulsazione 2*pi*f e phi la fase iniziale (pi è il pi-greco), per determinare la tensione si deve eseguire la derivata della corrente rispetto al tempo e moltiplicarla per L: avremo quindi (i passaggi sono riportati su un qualunque testo di Fisica e/o di Elettrotecnica) v(t) = omega*L*I*sin(omega*t+phi+pi/2) :sisi:
Quest'ultima espressione indica che se un induttore (ideale), che ha una certa induttanza L, è percorso da una corrente alternata di ampiezza I e pulsazione omega, la tensione ai suoi capi (di ampiezza omega*L*I) è in quadratura anticipo (pi/2 rad corrispondono a 90° sessagesimali) rispetto alla corrente :sisi:
Un analogo ragionamento vale, con le ovvie differenze, anche per il condensatore (ideale), in cui la corrente è in quadratura anticipo (sfasata di 90° in anticipo) rispetto alla tensione ai suoi capi :sisi:
Nel caso del resistore, invece, non si verifica alcuno sfasamento tra tensione e corrente in quanto il movimento dei portatori di carica all'interno del conduttore è praticamente istantaneo a livello macroscopico, la corrente dissipa, per effetto Joule, in calore tutta l'energia che le deriva dalla d.d.p. (pensa all'attrito viscoso in meccanica) :asd:
C'è però un'altra "questione": se fai il rapporto tra il modulo della tensione e il modulo della corrente, nel caso dell'induttore e del condensatore in alternata tale rapporto non dipende soltanto dall'induttanza L della bobina e dalla capacità C del condensatore ma ti accorgi che dipende anche dalla pulsazione omega, ossia dalla frequenza del segnale applicato :shock:
Per questo motivo è stata introdotta una grandezza complessa, chiamata "impedenza", il cui modulo rappresenta il rapporto dei moduli della tensione e della corrente e il cui argomento è pari allo sfasamento tra la tensione e la corrente.
Ciao ;)

P.S. L'oscilloscopio non è in grado di rappresentare direttamente l'andamento nel tempo di una corrente ma se fai passare la corrente attraverso una resistenza avrai una c.d.t. (caduta di tensione) su di essa, la quale ha lo stesso andamento nel tempo della corrente.
La c.d.t. può essere dunque raffigurata al posto della corrente.
La stessa cosa vale per altre grandezze, come ad es. l'intensità del campo magnetico H, la densità del flusso magnetico B, la frequenza f, ecc., tutte grandezze che devono essere trasformate in tensioni elettriche con un andamento nel tempo corrispondente ;)
 
#8

Daniele00

gronag ha detto:
Il comportamento in regime sinusoidale dei bipoli "reattivi" (induttori e condensatori, considerandoli "ideali" per il momento), cioè ad accumulo di energia, è completamente determinato dal modello matematico che li rappresenta: ad es. nel caso dell'induttore tale modello è v(t) = L*(di(t)/dt), ossia la tensione istantanea è pari all'induttanza L della bobina per la derivata della corrente istantanea (rispetto al tempo) :asd:
Bene, già da questa relazione si evince che la tensione ai capi della bobinetta varia, istante per istante, secondo la velocità di variazione della corrente nel tempo e non in base al valore istantaneo della corrente stessa :shock:
Ora, essendo l'espressione analitica della corrente sinusoidale i(t) = I*sin(omega*t+phi), in cui omega è la pulsazione 2*pi*f e phi la fase iniziale (pi è il pi-greco), per determinare la tensione si deve eseguire la derivata della corrente rispetto al tempo e moltiplicarla per L: avremo quindi (i passaggi sono riportati su un qualunque testo di Fisica e/o di Elettrotecnica) v(t) = omega*L*I*sin(omega*t+phi+pi/2) :sisi:
Quest'ultima espressione indica che se un induttore (ideale), che ha una certa induttanza L, è percorso da una corrente alternata di ampiezza I e pulsazione omega, la tensione ai suoi capi (di ampiezza omega*L*I) è in quadratura anticipo (pi/2 rad corrispondono a 90° sessagesimali) rispetto alla corrente :sisi:
Un analogo ragionamento vale, con le ovvie differenze, anche per il condensatore (ideale), in cui la corrente è in quadratura anticipo (sfasata di 90° in anticipo) rispetto alla tensione ai suoi capi :sisi:
Nel caso del resistore, invece, non si verifica alcuno sfasamento tra tensione e corrente in quanto il movimento dei portatori di carica all'interno del conduttore è praticamente istantaneo a livello macroscopico, la corrente dissipa, per effetto Joule, in calore tutta l'energia che le deriva dalla d.d.p. (pensa all'attrito viscoso in meccanica) :asd:
C'è però un'altra "questione": se fai il rapporto tra il modulo della tensione e il modulo della corrente, nel caso dell'induttore e del condensatore in alternata tale rapporto non dipende soltanto dall'induttanza L della bobina e dalla capacità C del condensatore ma ti accorgi che dipende anche dalla pulsazione omega, ossia dalla frequenza del segnale applicato :shock:
Per questo motivo è stata introdotta una grandezza complessa, chiamata "impedenza", il cui modulo rappresenta il rapporto dei moduli della tensione e della corrente e il cui argomento è pari allo sfasamento tra la tensione e la corrente.
Ciao ;)

P.S. L'oscilloscopio non è in grado di rappresentare direttamente l'andamento nel tempo di una corrente ma se fai passare la corrente attraverso una resistenza avrai una c.d.t. (caduta di tensione) su di essa, la quale ha lo stesso andamento nel tempo della corrente.
La c.d.t. può essere dunque raffigurata al posto della corrente.
La stessa cosa vale per altre grandezze, come ad es. l'intensità del campo magnetico H, la densità del flusso magnetico B, la frequenza f, ecc., tutte grandezze che devono essere trasformate in tensioni elettriche con un andamento nel tempo corrispondente ;)

Grazie davvero, ho capito un po' più ma rinuncio a capire pienamente, anche perché fin ora non ho mai trattato con derivate e quant'altro.
Grazie per la risposta :ok:
 
#9

Daniele00 ha detto:
Grazie davvero, ho capito un po' più ma rinuncio a capire pienamente, anche perché fin ora non ho mai trattato con derivate e quant'altro.
Grazie per la risposta :ok:

Salve @Daniele00,
come detto, induttori e condensatori sono componenti "reattivi", lo sfasamento tra tensione e corrente è comprensibile in base alla loro natura "reattiva", cioè alla loro attitudine di accumulare energia, sotto forma di campo elettrico nel condensatore e di campo magnetico nell'induttore :sisi:
Nel caso dell'induttore può essere utile pensare, per analogia coi sistemi meccanici, all'inerzia di un corpo dotato di massa: la forza d'inerzia è proporzionale all'accelerazione.
L'accelerazione è la variazione della velocità nel tempo (a = dv/dt) quindi potremo scrivere F = m*(dv/dt).
Raffrontando le due formule (la legge della dinamica e la legge dell'induttore v(t) = L*(di/dt)), avremo che la forza corrisponde alla tensione, la velocità alla corrente elettrica e la massa all'induttanza :asd:
Da questo ne consegue che l'induttanza elettrica è la proprietà dell'induttore di opporsi alla variazione della corrente elettrica che lo attraversa :sisi:
In conclusione, come hai detto tu (e come spiegato molto bene da @Andretti60), l'intensità di corrente è limitata soltanto dal fenomeno dell'autoinduzione (la resistenza non c'entra nulla, qui parliamo di circuiti "puramente" induttivi), cioè proprio da quella fcem (forza controelettromotrice) autoindotta di cui hai parlato tu (e che per la legge di Lenz si oppone alla causa che l'ha prodotta) :sisi:
Anche per quanto riguarda la capacità elettrica, che è quella proprietà del condensatore di accumulare cariche elettriche quando è sottoposto ad una d.d.p. (differenza di potenziale), è possibile concepire un'analogia con la capacità meccanica, che è la proprietà di una molla (in inglese "spring") di subire una deformazione elastica quando viene sottoposta ad una forza.
In questo caso alla forza corrisponde la tensione, alla velocità corrisponde la corrente elettrica e al coefficiente (elastico) della molla corrisponde il reciproco della capacità elettrica (1/C).
A mio avviso sarebbe meglio, però, proporre l'analogia tra capacità elettrica e capacita idraulica di un circuito idraulico oppure, ancora meglio, tra capacità elettrica e capacità termica (cioè il rapporto tra la quantità di calore dQ del blocco termico e il "salto" termico dT, rispetto ad una temperatura di riferimento T0) di un blocco termico (teniamo conto che i componenti termici non producono effetti induttivi) :asd:
Spero di essere stato in grado di chiarire meglio i termini della questione :ok:
Grazie e buone feste ;)
 
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