La charge d`un condensateur

Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Un condensateur C est placé en série avec une résistance R
i (t)
+
A
C
uAB (t)
V
B
E
R
A
On ferme le circuit électrique à l’instant t = 0.
Le condensateur se charge dans le circuit électrique.
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
i (t)
+
A
C
uAB (t)
V
B
E
R
A
L’ampèremètre montre la présence d’un courant électrique i (t) dans le circuit.
o L’intensité i (t) décroit jusqu’à s’annuler.
Le voltmètre détecte une tension uAB (t) aux bornes du condensateur qui se charge.
o Cette tension uAB (t) croit jusqu’à atteindre la valeur E
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
i (t)
+
A
C
uAB (t)
V
B
E
R
A
Existe-t-il une relation entre i (t) et uAB (t) ?
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
i (t)
+
A
uAB (t)
C
V
B
E
R
A
Un document précédent a illustré la relation vraie à tout instant :
Ri (t) + uAB (t) = E
Ainsi
i (t) =
E - u (t)
R
AB
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
i (t)
+
A
uAB (t)
C
V
B
E
R
A
o A la fermeture du circuit, le condensateur n’est pas encore chargé
uAB (0) = 0 V
i (0) =
E
R
o Lorsque le condensateur est chargé, l’intensité du courant électrique devient nulle
i () = 0
uAB () = E
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
i (t)
+
A
C
uAB (t)
V
B
E
R
A
Quelle est la signification microscopique de la charge d’un condensateur ?
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
S
A
B
Les armatures A et B du condensateur sont
métalliques : des électrons sont libres de se
déplacer entre les ions .
Les fils de jonction et la résistance (par
exemple un filament d’ampoule électrique) sont
aussi constitués d’ions fixes et d’électrons de
conduction libres de se mouvoir.
Le générateur de courant continu permet le
mouvement d’ensemble des électrons quand le
circuit est fermé.
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Les jauges ci-dessous représentent :
S
A
B
les charges positives (en rouge) de
l’ensemble des ions de chaque armature
A ou B;
les charges négatives (en bleu) de
l’ensemble des électrons de chaque
armature A ou B.
Avant de fermer l’interrupteur, chaque
armature est électriquement neutre.
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
S
A
La jauge suivante indique le nombre
d’électrons qui traversera une section
quelconque S du conducteur quand le
circuit se ferme.
B
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Le circuit est fermé à l’instant t = 0.
S
A
Le générateur met en mouvement
les électrons, de A vers B à
l’extérieur du condensateur.
Les
électrons
qui
quittent
l’armature A sont représentées
par .
B
Les électrons qui arrivent sur
l’armature
B
sont
aussi
représentés par .
Les électrons qui traversent la
section S sont représentés par .
Que constate-t-on ?
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Le circuit est fermé à l’instant t = 0.
Pendant la même durée t, le nombre
d’électrons N qui quittent A, …
S
A
est égal au nombre N d’électrons qui
traversent la section S…
B
lui même égal au nombre
d’électrons qui arrivent en B.
Diapositive suivante :
Clic
N
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Le circuit est fermé à l’instant t = 0.
La charge électrique qui traverse S
pendant la durée t est égale à Ne
S
A
Pendant ce temps :
B
La charge électrique qui quitte A est
égale à Ne.
La charge électrique qui arrive en B
est égale à Ne.
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
La charge électrique qui traverse S
pendant la durée t est égale à Ne
S
A
Pendant ce temps :
B
L’armature A présente un déficit
d’électrons : elle est chargée
positivement
L’armature B présente un excès
d’électrons : elle est chargée
négativement
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
S
A
La charge électrique qui traverse
S pendant la durée t est égale à
Ne
A cet instant t :
La charge portée par A est + Ne
B
La charge portée par B est - Ne
Ainsi lors de la charge du
condensateur,
des
électrons
quittent l’armature A et d’autres
électrons, en même nombre,
arrivent en B. A tout instant les
charges portées par A et B sont
égales en valeur absolue.
Diapositive suivante :
Clic
Interprétation microscopique de la
charge d’un condensateur
Au niveau macroscopique, on note l’apparition
d’une tension électrique entre A et B.
i (t)
+
A
qA
B
qB
uAB (t)
C
Cette différence s’explique par la présence de
charges électriques qA et qB sur chaque armature
E
-
R
Cette tension est due à une différence d’état
électrique entre A et B.
R.i (t)
Compte tenu des polarités du générateur,
qA > 0 et qB = -qA
L’animation précédente a montré que la charge q (t) qui traverse une section quelconque
du conducteur pendant la durée t, est égale à la charge qA (t) portée par l’armature A à
l’instant t.
Existe-t-il une relation entre qA (t) et uAB (t) ?