Électricité et magnétisme (203-NYB) Chapitre 5: Condensateurs et diélectriques 5.1 La capacité • • • • Un condensateur est composé de deux conducteurs, appelé armatures, séparés par un isolant. On peut donner aux armatures des charges de même grandeur mais de signe opposé en les reliant à une pile. La capacité C est la quantité de charges qu’un condensateur peur emmagasiner par unité de différence de potentiel entre les armatures. L’unité SI de capacité est le farad (F). 1 farad = 1 coulomb/volt Q V 1F 1C V C 1 F 106 F 1 pF 1012 F Q C V Q CV V Q C 5.1 (suite) Le condensateur plan • • Un condensateur plan est composé de deux plaques conductrices planes de surface A séparées par une distance d. Le champ électrique E est uniforme entre les plaques E Q A Q 0 0 0 A V Ed Q 0 A d CA Q d 0 A V C 0 A d 1 C d 5.2 Condensateurs en série et en parallèle Des condensateurs branchés en parallèle sont tous soumis à la même différence de potentiel V. V1 V2 V3 V q q1 q2 q3 CeqV C1V C2V C3V Ceq C1 C2 C3 Lorsque qu’une différence de potentiel est appliquée à plusieurs condensateurs branchés en série, ces derniers portent tous la même charge. q1 q2 q3 q V V1 V2 V3 q q q q Ceq C1 C2 C3 1 1 1 1 Ceq C1 C2 C3 Ceq C11 C21 C31 1 5.3 L’énergie d’un condensateur q Q V Q U WEXT Q Q q 1 Q2 CV 2 QV Vdq dq qdq C C 2 C 2 2 0 0 0 5.4 La densité d’énergie U E 12 0 E 2 Ad 1 uE 2 0E2 Vol Ad 2 A U E 12 CV 2 12 0 Ed 12 0 E 2 Ad d A C 0 d V Ed Vol Ad d 5.5 Les diélectriques Lorsqu’on introduit entre les armatures d’un condensateur un matériau non conducteur tel que du verre, du papier ou du plastique, la capacité du condensateur augmente d’un facteur k. Diélectrique C0 CD CD k C0 (i) En l’absence de pile Lorsque le condensateur n’est pas branché, la charge reste constante mais la différence de potentiel diminue par un facteur k. VD V0 k CD QD Q0 Q Q Q Q k k C0 VD V0 k V0 (ii) Avec pile Lorsque le condensateur est branché à une pile, sa QD k Q0 différence de potentiel reste constante mais la charge augmente d’un facteur k. CD VD V0 V QD k Q0 k C0 V V