(la videolezione) Quando un condensatore inizialmente scarico viene inserito in un circuito in serie con un generatore di tensione continua (Vo) e una resistenza complessiva
R = Ro + R'
e l'interruttore viene chiuso, ha inizio il processo di carica.
La f.e.m. del generatore spinge le cariche elettriche: gli elettroni vengono prelevati da un'armatura (che si carica positivamente) e accumulati sull'altra armatura (che si carica negativamente). Sebbene il dielettrico impedisca il passaggio diretto di corrente tra le armature, si osserva un flusso di corrente nel circuito (corrente di carica). Inizialmente, quando il condensatore è scarico, la corrente è massima, limitata solo dalla resistenza del circuito. Man mano che il condensatore accumula carica, si genera una differenza di potenziale (Vc) ai suoi capi che si oppone alla f.e.m. del generatore. Questo fa sì che il flusso di cariche rallenti.
L'andamento della carica (Q) e della tensione (Vc) sulle armature segue una legge esponenziale crescente:
Vc(t) = Vo⋅[1−exp(−RCt)]
La corrente (i) invece decade esponenzialmente da un valore massimo a zero:
i(t) = (Vo/R)⋅exp(−RCt)

Il processo di carica si completa teoricamente dopo un tempo infinito, ma in pratica si considera terminato quando la tensione ai capi del condensatore raggiunge il valore della f.e.m. del generatore (Vc≈Vo) e la corrente si annulla (i≈0). A questo punto, il condensatore agisce come un circuito aperto in corrente continua.
Un parametro chiave che caratterizza la rapidità con cui avvengono i fenomeni di carica e scarica è la costante di tempo del circuito RC, definita come:
τ = R⋅C
dove R è la resistenza totale in serie con il condensatore e C è la capacità del condensatore. τ ha le dimensioni di un tempo (misurato in secondi).
Dopo circa 5τ, il condensatore è considerato quasi completamente carico/scarico, con le grandezze che hanno raggiunto circa il 99% del loro valore finale o iniziale.
Una volta che il condensatore è carico, se viene disconnesso dal generatore e collegato a una resistenza (Ro) in un circuito chiuso, inizia il processo di scarica.
Durante la scarica, il condensatore stesso funge da generatore di tensione. La differenza di potenziale immagazzinata spinge le cariche accumulate a fluire attraverso la resistenza, cercando di neutralizzarsi.
La corrente di scarica circola in direzione opposta rispetto alla corrente di carica. Sia la carica (Q) che la tensione (Vc) diminuiscono nel tempo seguendo una legge esponenziale decrescente:
Vc(t) = Vo⋅exp(−RCt)
i(t) = (Vo/R)⋅exp(−RCt)
L'energia immagazzinata viene progressivamente dissipata come calore per effetto Joule nella resistenza.Il processo termina quando il condensatore è completamente scarico (Q=0), la tensione ai suoi capi è nulla (Vc=0), e la corrente nel circuito si annulla (i=0).
I fenomeni di carica e scarica dei condensatori sono alla base di numerose applicazioni pratiche in elettronica, tra cui:
Filtri e livellamento della tensione: Insieme ai resistori, vengono usati per stabilizzare le tensioni di alimentazione (come negli alimentatori).
Temporizzatori: La costante di tempo RC determina la durata di intervalli di tempo, essenziale nei circuiti di timing.
Memorie dinamiche (RAM): Le celle di memoria utilizzano condensatori per immagazzinare i bit di informazione sotto forma di carica elettrica.