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Les condensateurs

Généralité

Le condensateur est un composant électrique capable d’emmagasiner de l’énergie électrique et de la restituer lors de sa décharge.
Il est composé de deux plaques métalliques appelées armatures placées en regard l’une de l’autre et séparées par un isolant d’épaisseur variable appelée diélectrique.

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Lorsqu’on applique entre les deux armatures d’un condensateur une tension U, elle accumule deux charges opposées +Q et -Q.
Dans tous condensateurs, le rapport C=Q/U est quelque soit la valeur de Q et U, ce rapport s’appelle la capacité du condensateur. Il mesure la propriété du condensateur à emmagasiner une quantité d’électricité Q sous une tension donnée. Plus cette capacité est grande plus l’énergie emmagasinée a une tension donnée est grande:

  • C: quantité d’un condensateur en F
  • Q: quantité d’électricité en C
  • U: tension en V

La capacité du condensateur peut aussi être exprimée par la relation C=E0+Er.S/e; E0.Er=E, avec:

  • E0: permittivité du vide; E0=8,85×10-12
  • Er: permittivité relative du diélectrique ou constante du diélectrique
  • S en m2: surface des armatures
  • e en m: épaisseur ou distance entre les deux armatures.

Pour un conducteur de capacité C ayant une tension U à ses bornes, l’énergie emmagasinée W est donnée par la relation W=½.C.U2, avec:

  • W: en J
  • C: en F
  • U: en V

Association des condensateurs

En série

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En parallèle

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Les différents types de condensateur

Les condensateurs diffèrent suivant la nature de leur diélectrique. On distingue ainsi:

  • Les condensateurs au papier
  • Les condensateurs céramiques
  • Les condensateurs au mica
  • Les condensateurs à film plastique
  • Les condensateurs au verre
  • Les condensateurs électrolytiques ou polarisés

symbole du condensateur


Charge et décharge d’un condensateur

Charge et décharge d'un condensateur

Charge d’un condensateur

L’interrupteur K, est fermée et l’interrupteur K2 ouvert. A la fermeture de K, l’Ampèremètre accuse une forte intensité qui décroît rapidement et le voltmètre indique zéro à la fermeture de l’interrupteur K, et la tension UC croit ensuit rapidement.
Au bout d’un certain temps l’intensité I est nulle et la tension UC est maximale, ça veut dire UC=UA. On dit que le condensateur s’est chargé.

Au début de sa charge un condensateur se comporte comme une résistance nulle (court-circuit). On a donc: UC0 et I0=UA/R, I0 est maximale.
En fin de charge d’un condensateur, ce dernier se comporte comme un circuit ouvert If=0 et UCf =UA.
Un condensateur dont les formes ne sont reliées à aucun circuit conserve sa charge et maintient une tension constante entre ses bornes. Les courbes obtenues sont les suivantes.

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Décharge d’un condensateur

Une fois C complètement chargée, ouvrons K1 et fermons K2. L’ampèremètre dévie en sens contraire, le condensateur est devenu un dipôle actif ou un générateur dont la force électrique diminue au cours du temps. Au début de la décharge la tension aux bornes du condensateur est égale à la tension de l’alimentation: UC=UA et UR=-UA.
A la fin de la décharge, la tension UC est nulle UC=0 et UR=0

Décharge d'un condensateur

Temps de charge, temps de décharge

Le temps de charge et de décharge est basé sur la connaissance de la quantité Ø=R.C appelé constante de temps. Si R en ohm; C en F; Ø en s.
Théoriquement le charge ou la décharge d’un condensateur ne se termine jamais si on ne coupe pas le circuit. Le calcul montre qu’au bout d’un temps de 3Ø un condensateur qui se charge atteint 95% de la tension limite et qu’au bout de ce même temps un condensateur qui se décharge n’a plus que 5% de sa tension initiale. Ces pourcentages sont respectivement de 99% et 1% au bout d’un temps de 5Ø. On peut considérer qu’au bout 5Ø un condensateur qui se charge est complètement déchargé.

28 novembre 2021
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