Condensateur. Un condensateur est constitué par deux conducteur séparé par un isolant.

Transcription

1 I. Etud d un condnsatur plan A. ondnsation ds chargs ondnsatur On charg un élctroscop négativmnt. On approch un conductur métalliqu tnu à la main (donc rlié à la trr) initialmnt nutr. Il s charg positivmnt par influnc (répulsion ds charg négativs vrs la trr) Plus on l approch près d l élctroscop, plus la déviation d l élctroscop diminu : la charg d la parti infériur d l élctroscop diminu. Ls charg négativs d l élctroscop s accumulnt sur l platau : on dit qu il y a condnsation ds chargs au nivau du platau. Si ls dux plataux sont très prochs, touts ls charg s condnsnt au nivau du platau. L nsmbl d dux plaqus métalliqus t d l air qui ls sépar constitu un condnsatur.. Définition d un condnsatur n condnsatur st constitué par dux conductur séparé par un isolant. Ls dux conductur AB, s appll ls armatur du condnsatur L isolant s appll l diélctriqu du condnsatur Rmarqu : ondnsatur courrant : fuill d aluminium séparé par un minc fuill d matièr plastiqu. ( < 0. mm d épaissur) II. harg t décharg d un condnsatur

2 . harg décharg montag GB : Galvanomètr Balistiqu : il prmt d msuré la quantité d élctricité qui travrs un circuit a la prmièr déviation d st proportionnl à : d x k. Obsrvation plaçons K n chaqu un ds armaturs sont rlié rspctiv AB au - l GB dévi vrs la droit bin qu l circuit soit intrrompus par l diélctriqu du condnsatur, ds chargs on circulé dans l rst du circuit. Ls voltmètrs indiqu la mêm valur L condnsatur c st chargé, un tnsion st apparus a cs borns Plaçons K n L GB dévi a nouvau mais vrs la gauch (ls déviations on mêm amplitud) c st l condnsatur qui st à l origin d la déviation. La tnsion au born du condnsatur diminu t s annul, l condnsatur st déchargé.. Intrprétation d la charg t d la décharg d un condnsatur a. harg Lorsqu l on frm K, ls élctrons n xcès au pol du génératur s écoulnt vrs l armatur B. Durant l mêm tmps, l pol Du génératur attir un quantité égal d élctrons d l armatur A. Il n résult qu : n courant circul dans l circuit L GB st travrsé par un courant élctriqu. n charg apparaît sur A n charg - apparaît sur B L condnsatur c st chargé : on dit qu sa charg

3 st égal a L courant css d circulé quand la tnsion du condnsatur st égal à cll du génératur b. Décharg Lorsqu l on frm K, ls élctrons n xcès sur B s écoulnt vrs A jusqu à nutralisation. Il n résult qu : - L condnsatur c décharg - n courant circul dans l circuit - L courant s annul n mêm tmps qu la tnsion aux borns du condnsatur. c. onclusion La présnc d un condnsatur avc isolant dans un circuit n intrdit pas la circulation d courant élctriqu dans la circulation. La duré d cs courants st cpndant limité. III. apacité d un condnsatur. Etud xpérimntal On rprnd l mêm montag qu précédmmnt On fait varié, on not la déviation d (cm) du GB n volt d n cm onclusion : k - La déviation du GB, t donc proportionnl à la charg du condnsatur t a la tnsion Définition

4 On appll capacité d un condnsatur, contint d charg du condnsatur par la tsion a cs borns oulomb Farad F Volt V L farad st un unité énorm. Ls condnsatur usul on ds capacité d l ordr d grandur du pf (0^-) t du uf (0^-6). alcul d un condnsatur plan n condnsatur plan st constitué d surfacs conductrics plan t il t séparés par un isolant. Si l isolant st vid : ξ 0 ξ ^ Prmtivité du vid (F/M) 6π 0^9 : épaissur du diélctriqu (m) s : surfac ds armaturs (m²) S S Si l isolant t qulconqu : ξ 0 ξrr ξ rr φ : prmtivité du matériaux ulqu valur d ξ rr : air - ; papir ; mica - 8 ; céramiqu ; alcul d la capacité d un condnsatur plan dont l armatur a pour surfac S dm² séparé par l air t mm S 0.0 ξ 0 ξrr ^ ^ F pf 0.00 La capacité rst faibl malgré la taill. Pour augmntr la capacité il faut associé ls condnsatur d manièr judicius. IV. Association d condnsatur. apacité équivalnt L condnsatur équivalnt à un battri d condnsatur t clui qui st soumit à la mêm tnsion, qu la battri accumul la mêm charg d la battri. q. Association n parallèl alcul d q avc condnsatur n parallèl. 4

5 5 Soit, la charg mmagasiné par l condnsatur équivalnt éq où - - sont ls charg ds condnsaturs En parallèl, ls charg ds condnsatur s ajout. ) ( or q Donc éq En parallèl ls capacités s ajoutnt. Association n séri On appll,, ls chargs ds condnsaturs. 0 donc, nsmbl nutr au départ, il rst nutr d mêm qu donc En séri ls chargs ds condnsaturs sont idntiqu q. Lois ds branch or x ; ; ; g q ) ( or ) (

6 6 donc q En séri l invrs d la capacité équivalnt st égal à la somm ds invrss ds capacités Exrcic uf F F q µ 58µ V. Enrgi d un condnsatur chargé

7 On plac la mass dans la position la plus bass possibl, on frm K On ouvr K puis on frm K L énrgi fourni par l condnsatur au motur a prmis d fair monté la mass d un crtain hautur.. Exprssion d l énrgi stockr Lorsqu l condnsatur s charg, la tnsion a cs borns vari d 0 à. ² L énrgi total stocké st : W ². n oulomb, W n Jouls J, n Volt V, n Farad F Exmpl : ondnsatur 40uF (00V) décharg ms -> P5W IV. hamp élctriqu t forc élctrostatiqu. hamp élctriqu ntr ls armaturs d un condnsatur

8 Il xist ntr ls armaturs d un condnsatur chargé un champ élctriqu uniform E dirigé d l armatur positiv vrs l armatur négativ E ab Va Vb : distanc ntr ls armaturs : m E : volt/mtr : V/m. hamp disruptif (maximal) Si on augmnt l tnsion ntr ls armaturs, l champ élctriqu augmnt jusqu au momnt ou un arc s amorc ntr ls dux plaqu : l isolant dvint conductur. L condnsatur t détruit. ab max E max ; Emax : champ disruptif d claquag ; abmax tnsion disruptiv. Forc élctrostatiqu n charg élctriqu q placé dans un champ élctriqu E, st soumis à un forc élctrostatiqu F tl qu F E F n Nuton (N) ; E n volt par mtr (V/m) ; n oulomb () q φ 0 q π 0 l sns d la forc élctrostatiqu dépns du sign d la charg q 8