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Bipoli Dinamici:
Condensatore e Induttore

Introduzione ai componenti con memoria e al loro principio fondante: immagazzinare energia sotto forma di campo elettrico o magnetico.


Questa pagina copre la Lezione 16 del programma, introducendo gli elementi "reattivi" in grado di differenziare/integrare grandezze elettriche e immagazzinare energia.

Bipoli con Memoria dinamica

A differenza del resistore, in un bipolo dinamico o "con memoria" la relazione tra tensione e corrente ad un certo istante $t$ non è una semplice equazione algebrica, ma una equazione differenziale o integrale. Ciò significa che lo stato attuale dipende dall'intera "storia" passata delle sollecitazioni impresse al componente.

Le grandezze che definiscono lo "stato energetico" del bipolo, dette variabili di stato (es. tensione sul condensatore, corrente nell'induttore), non possono subire discontinuità nel tempo, a meno che non si disponga di impulsi di energia infiniti (situazione impossibile). Questo garantisce che l'energia accumulata non presenti variazioni istantanee.

Il Condensatore Ideale

Il condensatore è un bipolo dinamico passivo che modella gli effetti del campo elettrico indotto da una separazione di carica. Si caratterizza dalla sua capacità $C$, misurata in Farad (F).

Equazione Caratteristica (Conv. Utilizzatori)
$ i(t) = C \frac{dv(t)}{dt} $
La corrente è proporzionale alla derivata della tensione nel tempo. O, equivalentemente in forma integrale: $ v(t) = v(t_0) + \frac{1}{C} \int_{t_0}^{t} i(\tau) d\tau $.
Proprietà Fondamentali
Continuità della tensione: Se la corrente rimane sempre finita, la tensione $v_C(t)$ risulta essere una funzione continua in ogni istante. Al contrario, la corrente può ammettere discontinuità o "salti".
Energia immagazzinata: $ w_e(t) = \frac{1}{2} C v^2(t) $. Tutta l'energia è concentrata nel campo elettrico interno al bipolo.

Il Condensatore in Regime Stazionario

Un circuito in regime stazionario (DC o tensione costante) ha correnti e tensioni costanti nel tempo per $t \to \infty$. In queste condizioni, la derivata di una grandezza costante è zero.

Per il condensatore, essendo $v(t) = \text{costante}$, si avrà $\frac{dv}{dt} = 0 \implies i(t) = 0$. In corrente continua o regime stazionario, il condensatore si comporta come un circuito aperto ideale e blocca il flusso di carica statica.

L'Induttore Ideale

L'induttore è l'elemento complementare (duale) del condensatore. Modella gli effetti energetici del campo magnetico (flusso di induzione) creato da una corrente che vi scorre all'interno. La sua induttanza $L$ si misura in Henry (H).

Equazione Caratteristica (Conv. Utilizzatori)
$ v(t) = L \frac{di(t)}{dt} $
La tensione è proporzionale alla derivata della corrente nel tempo. Forma integrale: $ i(t) = i(t_0) + \frac{1}{L} \int_{t_0}^{t} v(\tau) d\tau $.
Proprietà Fondamentali
Continuità della corrente: Se la tensione si mantiene sempre finita, la corrente $i_L(t)$ deve essere una funzione continua in ogni istante. Tentare di interrompere bruscamente una corrente in un induttore causa sovratensioni teoricamente infinite (extratensioni di apertura).
Energia immagazzinata: $ w_m(t) = \frac{1}{2} L i^2(t) $. Tutta l'energia è concentrata nel campo magnetico concatenato al circuito.

L'Induttore in Regime Stazionario

Analogamente al caso precedente, in regime stazionario la corrente è costante: $i(t) = \text{costante}$.

Di conseguenza, essendo $\frac{di}{dt} = 0 \implies v(t) = 0$. Pertanto, in corrente continua a transitorio esaurito, l'induttore ideale non oppone alcuna caduta di tensione e si comporta come un cortocircuito perfetto.

07 · Doppi Bipoli ↑ Indice TDC 09 · Regime Transitorio