di Alfonso D’Ambrosio

Un condensatore è sostanzialmente un accumulatore di energia, potremmo dire che un condensatore sta ad un elastico (una molla compressa o allungata ha potenzialmente accumulato energia), come una resistenza sta ad un dissipatore come un piano con attrito.

Esistono vari tipi di condensatori ma sostanzialmente esso è costituito da due lastre metalli poste ad una certa distanza tra loro con geometrie opportune (es. condensatore piano, cilindrico).

Se poniamo le due lastre (inizialmente a differenza di potenziale zero) ad una certa differenza di potenziale tra loro, assistiamo al processo di carica, viceversa si parla di scarica.

Il processo di carica e scarica di un condensatore costituisce un utile esercizio per studenti di quinta Liceo non solo in ambito fisico, ma anche in ambito matematico, potendosi risolvere come una equazione differenziale a variabili separabili.

La funzione matematica di carica e scarica di un condensatore è un esponenziale con un parametro che dipende dal valore del condensatore e dalla resistenza.

Come realizzare e visualizzare un processo di carica e scarica di un condensatore utilizzando Arduino e un linguaggio a blocchi come mBlock è un interessante percorso didattico.

Sostanzialmente si collega tramite una resistenza una armatura del condensatore ad un pin (es 12), il pin analogico viene impostato come alto ed avvia il processo di carica, successivamente la stessa armatura viene collegata ad un altro pin (es. 11) che avvia il processo di carica.

Il processo di carica e scarica viene visualizzato in termini di tensione collegando l’armatura positiva del condensatore ad un pin analogico (legge da 0 a 1023, e convertire in tensione con le opportune tensioni a 5V).

condensatore6

condensatore4

Il codice è rappresentato in basso ed anche i grafici che si ottengono.

condensatore1

condensatore268kohm

consensatore3

Parlavamo di didattica: mi piace riflettere su varianti e conseguente del circuito.

La prima variante semplice consiste nell’utilizzare un solo pin digitale, tenendolo alto e basso in tempi opportuni. I tempi di carica e scarica possono essere calcolati prima teoricamente conoscendo i valori della resistenza o dei condensatori, oppure programmando il tempo di attesa che ha una durata fin tanto che l’armatura positiva non arrivi al massimo valore di soglia o di minimo.

condensatore5

Le altre possibilità consistono nel cambiare i valori delle resistenze , è per questo che ho deciso di scegliere il circuito con due pin digitali, perchè esso permette un doppio processo di carica e scarica, ma dimensionato su due resistente, questo ci permette di riflettere sul concetto di resistenze equivalenti “pesate” su due distinti rami circuitali.

L’altra riflessione è la scelta di utilizzare un linguaggio a blocchi, in un Liceo Scientifico Tradizionale non è prevista l’ora di informatica e la programmazione con l’Ide di Arduino rischia non tanto di risultare complessa, ma di generare in un copia ed incolla di sketch presenti in rete.

La semplicità del circuito poi permette agli studenti di riflettere sui singoli elementi e sulle varianti del circuito stesso (ho creato anche una lista dei valori delle tensioni dul pin analogico 0, facilmente esportabili ed analizzabili tramite un foglio di calcolo e fittando con una funzione esponenziale, per ricavare il valore della capacità).

Cosa aspettate a provare?

alfonsodambrosio@yahoo.it

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