1 . Description

Le condensateur
Les condensateurs sont , avec les résistances et les bobines, les composants les plus
employés dans les montages électroniques .
1.
Description
Figure 1
Un condensateur est formé de 2 surfaces conductrices appelées armatures séparées
par une mince lame d'isolant ou diélectrique comme le plastique , la céramique, le
mica , le papier, l'air ...
Un condensateur permet l'accumulation de charges électriques sur ses armatures .
Comment ?
2 . Charge d'un condensateur . Figure 2 ci-dessous
Le montage comporte un condessateur de forte
capacité ( 1 farad ) ,une résistance de 200
ohms , une pile de 4,5 V . Au début de la
manipulation le condensateur n'ezt pas
chargé .
En plaçant le commutateur dans la position 2
on observe immédiatement une intensité
importe qui diminue au cours du temps jusqu'à
zéro .Par contre la tension aux bornes du
condensateur augmente de zéro jusqu'à la
valeur de la f e m dze la pile . Le condensateur
est alors chargé .Il n'y a plus aucun courant
dans le circuit .
On observe donc que lorsque le condensateur
est chargé le courant continu de la pile ne
Figure 2
passe plus . Donc :
le condensateur bloque le courant continu .
Que s'est il passé ?
Les électronds des atomes de l'armature Asont
attirés par le + de la pile et alors A se charge
positivement . Le électrons étant partis il reste
les charges + des noyaux . Le – de la
pile fournit des électrons à l'armatur
e B la chargeant ainsi négativement
Ces électrons ne peuvent pas passer
à travers l'isolant .du condensateur .
La charge + sur une armature induit une char
Figure 3
Soit un condensateur
expérimental chargé
dont les armatures
sont séparées par de
l'air . Une boulette de
sureau mise en contact
avec l'armature A est aussitôt repous
sée par A et attirée par B . Donc des
forces électriques invisibles s'exercent
sur la boule /On dit qu'il existe un
champ électrique invisible entre les ar
matures
Le champ électrique est visualisé sur la
figure 4 .
Les électrodes A et B d'un
condensateur expérimental chargé plon
gent dans de l'huile saupoudrée de se
moule . On observe que les grains de
semoule se disposent suivant les lignes
de force du champ . C'était les pointillés
sur la figure 2 .
ge – sur l'autre et une tension apparaît aux bornes
du condensateur jusqu'à un maximum .
Champ électrique : figures 3 , 4 , 5
Figure 4
Finalement on peut dire que l'énergie est accumulée dans le condensateur sous la forme d'un
champ électrique .
Unité de champ électrique
Si la tension U entre les armatures est en volts et la distance e des arma
tures en mètres l'unité de champ électrique est le volt par mètre ( V/m) .
On désigne le champ par E .
Exemple avec U =15 V et e = 2 mm ,
E = U/ e
E = 10 : 0,002 = 5 000 V/m .
U en volts
Retour à la figure 2
e en metres
En plaçant le commutateur dans la position 3 le condensateur reste chargé comme lindique le voltmètre .
Remplçons la résistance par une petite lampe ou un petit moteur et plaçons le commutateur
dans la position 1 .On constate que la lampe s'alume ou que le moteur tourne .Le
condensateur délivre de l'énergie à l'extérieur . La tension à ses bornes diminue lentement
jusqu'à zéro.Les armatures redeviennent neutres : le condensateur s'est déchargé .
3 . Capacité d'un condensateur -La capacité d'un condensateur est son aptitude à
accumuler des charges .Elle est caractéristique du condensateur .
Au cours de la charge : on constate qu'en mesurant la charge en coulombs Q prise par le
condensateur et la tension U ses bornes , à tout instant ,le rapport Q/U est toujours le
même. On écrit
Q / U = constante = la capacité = C
La capacité s'exprime en farads ( F ) .
Le farad est la capacité d'un condensateur qui , sous une tensions de 1 V, prend une charge
de 1 coulomb .
Retenir les formules
Q
Q
= C ou
Q=C*U
ou U =
U
C
On utilise souvent les sous multiples du farad :
- le microfarad (µF) : 1 µF = 0,000 001 F = 10-6 F
- le nanofarad (nF ) : 1 nF = 0,000 000 001 f = 10-9 F
- le picofarad ( pF ) : 1 pF = 0 ,000 000 000 001 F = 10-12 F
Exercices
Il faut utiliser les touches EXP et ENG
1 .Quelle est la charge d'un condensateur de 2 µF sous une tension de 200 V ?
C = 2 µF = 2*10-6 F Formule Q = C*U = 2 * 10-6 *200
Taper 2 EXP – 6 * 200 = 4*10-4 Taper ENG Résultat 400*10-6 C = 400 µC
2 .Sous quelle tension un condensateur dee 10 000 µF prend il une charge de 0,12 C ?
C=10 000 *10-6 F Formule U = Q / C = 0,12 : 10 000 *10-6
Taper 0,12 : 10 000 EXP – 6 = 12 V
3 . Quelle est la capacité d'un condensateur qui prend
charge de 0,001 C sous une tension de10 V ?
Formule C = Q / U On doit trouver 100 µF .
une
Capacité d'un condensateur plan
Pour un condensateur plan la capacité est :
F
- Proportionnelle à la surface des armatures
C=k*S/e
- Proportionnelle à la constante diélectrique ϵ de l’isolant
- Inversement proportionnelle à la distance e des armatures
Quelques valeurs de Є : le vide 1, l’air voisin de 1, le
plexi 3à4, le mica 8, la céramique de80 à 1 200
4 La constante de temps
Avec un chronometre on peut suivre pendant 2 à 3
minutes la charge du condensateur de l'experience de la
page 11_ 1 et tracer la courbe de variation de U en
fonctiob du temps . On obtient la courbe représentée ci
contre. D'autre part , dans la théorie , intervient le
produit R * C , R étant la résistance placée dans le
circuit et C la capacité du condensateur .
Le produit est une constanteet il est égal à un temps en
secondes si R est en ohms et C en farads .
La constante de temps R C représente le temps au bout duquel le condensateur est chargé à
63 % Dans la pratique on estime qu'un condensateur est complètement chargé au bout d'un
temps égal à 5 RC ( à retenir)
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Exercices
1 calculer la constante de temps R * C pour R=100 ohms et C= 10 000 µF
R * C = 100 * 10 000 *10 – 6
Taper 100 * 10 000 EXP (-) 6 = 1 x
Le condensateur est chargé en 5 s
2 Meme question avec R = 1 mégohm et C= 10 000 µF
taper 1 EXP 6 * 10 000 EXP (-) 6 =10 000 s
Le termps de charge est beaucoup plus long
5 Tension de service d'un condensateur
La tension de service est celle pour laquelle le condensateur est prévu.
Si l'on augmente progressivement la tension aux bornes d'un condensateur on atteint
unevaleur pour laquelle une étincelle jaillit entre les armatures , perçant l'isolant .
L'isolant est alors hors d'usage On dit qu'il y a claquage .
On appelle rigidité diélectrique la valeur de la tension pour laquelle un isolant résiste au
claquage .
Pour une épaisseur de 1 mm voici quelques valeurs de la tension de claquage :
air 3 200 V , verre 7 500 à 30 000 V papier 4 000 à 10 000 V mica 60 000 à 75 000 V
6 Energie d'un condensateur chargé
Cette énergie est proportionnelleà la capacité du condensateur et au carré de la tension à ses
bornes
énergie = W = ½ * C * U2
en joules