CHAP. 5 : LES CONDENSATEURS I. Descripion e symboles Un condensaeur es un composan consiué par, appelés séparés sur oue l'éendue de leur surface par un milieu nommé. Le es de faible épaisseur e il s exprime par un coefficien r (epsilon) que l on appelle la La consiuion e la forme du condensaeur dépenden de sa echnologie, de son diélecrique e de sa consiuion : Condensaeurs non polarisés à diélecrique plasique (polypropylène), mica, céramique Symbole : Condensaeurs chimiques (élecrolyiques) Aluminium, Tanale. Aenion, ils son polarisés. Symboles : Condensaeurs variables non polarisés Symbole : 1
II. Propriéés d un condensaeur 2.1. Eude expérimenal 1 2 I V On alimene le condensaeur par un généraeur de couran On ferme l inerrupeur K1 e on relève la ension aux bornes du condensaeur C en foncion du emps. 2.2. Capacié d un condensaeur Lorsque l on ferme K en 1, le condensaeur reçoi une quanié d élecricié : Q La ension aux bornes du condensaeur C augmene au emps. On a On dédui de la caracérisique e, la caracérisique : Q On consae que es à q. On a On appelle. Enfin, on reiendra que Avec : 2
Remarque : Les capaciés des condensaeurs son. On uilise des sous muliples du Farad pour les caracériser : microfarad nanofarad picofarad 2.3. Charges élecriques dans un condensaeur C I I C Dans le circui élecrique le couran de la borne vers la borne. Mais les élecrons se déplace en de la borne vers la borne. Or les élecrons le condensaeur. Il y a donc de charge sur l armaure B ( ) e il y a de charge sur l armaure A ( ). Par conséquen : 2.4. Loi d ohm pour un condensaeur La relaion rese vraie à chaque insan. Une variaion de la charge élecrique engendre une variaion de la ension aux bornes du condensaeur, elle que : On a vu au chapire 1 la relaion enre le couran e la charge élecrique es : En combinan les 2 relaions précédenes, on obien : On en dédui la loi d ohm insananée pour un condensaeur : Avec le couran i raversan un condensaeur en ( ) ; la charge élecrique q en ( ) ; la capacié C du condensaeur en ( ) ; le emps en ( ). 3
Applicaion : On charge un condensaeur de capacié C=4700 F à couran consan i. On obien comme caracérisique uc=f() : (V) 4 2 (s) 20 40 60 80 Calculer l inensié du couran i qui charge le condensaeur C 2.5. Energie sockée par un condensaeur On a vu que la caracérisique uc=f() à couran consan i es la suivane : De plus la puissance es. On en dédui la caracérisique P=f() P L énergie reçue pendan la durée es sockée par le condensaeur C. Cee énergie es représené par l aire colorée sous la caracérisique P=f(). D où l aire es égale à : On remarque que l énergie sockée par un condensaeur ne dépend pas de la façon don il a éé chargé mais de accumulé. On reiendra que l énergie sockée par un condensaeur es : Avec l énergie W en ( ) ; la charge élecrique Q en ( ) ; la capacié C du condensaeur en ( ) ; la ension en ( ). 4
Applicaion : On a un condensaeur de capacié C=220nF. Ce condensaeur es soumis à une ension U de 24V. Calculer la quanié d élecricié accumulée. En déduire, l énergie emmagasinée par le condensaeur. III. Force e champ élecrosaique 3.1. Capacié d un condensaeur plan La capacié C d un condensaeur plan dépend de ses dimensions e de la naure du diélecrique : On a Avec : C : la capacié du condensaeur en ( ) S : la surface d une armaure en ( ) e : épaisseur du diélecrique en ( ) : permiivié relaive du diélecrique : permiivié du vide en ( ) Permiivié de quelques diélecrique : Isolan Air sec Caron Mica Papier PVC Polyeser Polyéhylène Teflon Verre permiivié relaive 1 6 2 2 5 3,3 2,25 2,1 5 à 7 Applicaion : Calculer la capacié C d un condensaeur plan don les caracérisiques son les suivanes : diélecrique : Mica ; Surface d une armaure 20cm² ; épaisseur du diélecrique 0,5mm. 5
3.2. Force élecrosaique Nous réalisons l expérience suivane : Nous consaons que le pendule méallique se me à lorsqu il es mis en avec une des du condensaeur. En effe, le pendule en l armaure e ensuie l armaure e ainsi de suie. Vous avez vu en seconde que pour mere en mouvemen un obje il fau le soumere à. On en dédui que le pendule es soumis à que l on appelle. Cee es crée par enre les du condensaeur. Ce pendule méallique es assimilable à une. On reiendra donc qu une dans un es soumis à une par la relaion :. La es oriené de l armaure vers l armaure L inensié du champ élecrique es définie par : Le pendule oscille car à chaque avec une des la qu il pore change. Si le de la change alors la change de aussi. 3.3. Champ disrupif Au-delà d une ceraine inensié, le champ élecrique peu provoquer du diélecrique. Ce champ élecrique maximale es appelé. Au correspond une que l on nomme. 3.4. Applicaion du champ élecrique On uilise les propriéés du champ élecrique dans les. 6