I condensatori a polipropilene sono costituiti da una serie
di condensatori più piccoli collegati in parallelo. Quando si costruisce un
condensatore di questo tipo con N strati di conduttore in mezzo a N+1 strati di
dielettrico, si ottiene un capacità pari a N volte la capacità del singolo
strato. Di seguito viene spiegato il funzionamento di un condensatore singolo,
ovvero di uno strato solo.
A destra si può vedere un'immagine schematica di un
condensatore. Esso è costituito da due elettrodi paralleli (nel disegno
giallo e rosso) e un dielettrico in mezzo (verde nel disegno). Quando il
condensatore viene connesso a una tensione, i due elettrodi iniziano ad
accumulare cariche, in questo caso l'elettrodo giallo accumula cariche
positive, quello rosso cariche negative. Le cariche positive presenti a
sinistra generano un campo elettrico che attrae le cariche negative
verso sinistra, mentre le cariche negative presenti a destra attirano le
cariche positive. Più i due elettrodi sono vicini e più le forze che
attraggono verso il centro le cariche sono forti; come conseguenza di
ciò si ha che il condensatore riesce ad accumulare più carica. Il
dielettrico, verde nello schema, ha il compito di impedire che le
cariche positive raggiungano l'elettrodo negativo (rosso) e, viceversa,
che le cariche negative arrivino all'elettrodo positivo (giallo). Se si
verifica ciò, il circuito si chiude e il condensatore si scarica. Quanto
più è isolante il dielettrico quanto più il condensatore è capace.
Infine più il dielettrico è sottile e minore è la tensione massima che
si può applicare ai capi.
Per avere un condensatore sicuro è necessario che il
dielettrico riesca sempre a isolare i due elettrodi. Il polipropilene ha una
rigidità elettrica di 17~32 kv/mm. Detto ciò, bisogna decidere la tensione
massima del condensatore che costruiremo. Se ci bastano 20 kv, ad esempio, è
sufficiente fare il calcolo Vmax/Rigidità. Per sicurezza, teniamo il
valore più basso (non conoscendo il valore preciso del nostro polipropilene) e
moltiplichiamo per 2. Il risultato è di circa 2,35mm. Ogni strato di
polipropilene dovrà quindi essere spesso almeno 2,35 mm. Se invece si conosce lo
spessore del dielettrico misurato in mm, la tensione massima applicabile sarà Vmax=Spessore/Rigidità.
Ricordatevi di tenervi lontani da questa soglia perché è il massimo consentito e
non tiene conto di eventuali imperfezioni del polipropilene.
Di seguito riporto le formule più utili quando si lavora con
dei condensatori:
C=ε0kr·N·S/d
(Capacità di un condensatore piano a N strati con elettrodi di superficie S a una distanza
d e con dielettrico relativo kr)
Qmax=C·V
(Carica massima immagazzinabile in un condensatore di capacità C e a una
tensione V)
E= ½C·V2 =½Q·V
(Energia immagazzinata in un condensatore di capacità C e a una tensione V)
