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Le condensateur
4-2
Construction
Branchement série
Fonctionnement
Branchement parallèle
Capacité formule, unité de mesure
Charge dun condensateur
Capacité facteurs déterminants
Décharge dun condensateur
Constante diélectrique
Constante de temps
Énergie dun condensateur
Types constructifs
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Construction

• Dune manière générale un condensateur est
  constitué par deux surfaces conductrices
  parallèles (armatures) séparées par une mince
  couche isolante dépaisseur constante
  (diélectrique).

Le diélectrique peut-être gazeux (air), liquide
(huile) ou solide (papier, mica, etc.).
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Fonctionnement

• Branchons un condensateur aux bornes dune source
  de tension - nous constatons que le condensateur
  se charge, cest-à-dire quun excès d'électrons
  va exister sur une des plaques, qui deviendra
  négative, tandis que sur lautre, il y aura un
  déficit délectron et deviendra donc positive.

Si on débranche le condensateur de la source
celui-ci va rester chargé un certain temps selon
la nature du diélectrique.
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Fonctionnement(analogie hydraulique)

• Le condensateur est représenté par une chambre
  séparée en deux compartiments égaux, et le
  diaphragme représente le diélectrique. La pompe
  représente la source de tension.

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Fonctionnementanalogie hydraulique suite 1

• Lorsque la pompe fonctionne, elle force le
  liquide dans un des compartiments et le
  diaphragme se déforme. À linstant ou la pression
  sur le diaphragme est la même que celle de la
  pompe, le liquide cesse de circuler dans la
  tuyauterie (il ny plus aucun débit dans le
  système) et une différence de pression existe
  entre les deux chambres.

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Fonctionnementanalogie hydraulique suite 2

• Si on ferme la valve, le diaphragme reste déformé
  et maintien une différence de pression entre les
  deux compartiments de la chambre.
• De manière similaire, dans un circuit électrique,
  lorsque la différence de potentiel entre les deux
  plaques du condensateur est égale à la F.E.M. de
  la source, lintensité du courant devient nulle.
  Si on ouvre linterrupteur le condensateur reste
  chargé.

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Capacitéformule, unité de mesure (1)

• Si on branche un condensateur dans un circuit,
  larmature "A" se recouvre uniformément de
  charges négatives et larmature "B" de charges
  positives.

La quantité délectricité Q est appelée charge
du condensateur. Les charges positives et
négatives créent entre les armatures un champ
électrique uniforme E.
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Capacitéformule, unité de mesure (2)

• La charge Q est proportionnelle à la différence
  de potentiel V, ce qui se traduit par léquation

Le facteur de proportionnalité C caractérise
laptitude du condensateur à "condenser"
lélectricité pour une différence de potentiel
donnée. Cest la capacité du condensateur.
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Capacitéformule, unité de mesure (3)

• Lunité de mesure de la capacité est le Farad
• C 1F
• Le "Farad" (F) est lunité de la capacité dun
  condensateur qui présente entre ses armatures une
  d.d.p. de 1 Volt (V) lorsque sa charge est de
  1 Coulomb (C).

Pour des raisons pratiques, on nutilise pas le
Farad mais ses sous-multiples
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Capacitéfacteurs déterminants
S
?
C
d

• Surface commune des armatures (la
  capacité est proportionnelle à cette surface)

• Distance entre les armatures (la capacité est
  inversement proportionnelle à cette distance)

• Nature du diélectrique

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Constante diélectrique

• La constante diélectrique dun matériau est le
  rapport entre la capacité dun condensateur qui a
  pour isolant ce matériau et la capacité du même
  condensateur si lisolant est remplacé par le
  vide.
• La constante diélectrique est aussi appelée
  permittivité relative.

(permittivité absolue du vide)
Remarque les valeurs de la permittivité
relative des différents diélectriques se trouvent
dans des tableaux.
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Énergie dun condensateur

• Pendant le processus de charge, un condensateur
  emmagasine une certaine énergie - sous forme du
  champ électrique entre ses armatures - quil
  restitue lors de sa décharge.
• Lénergie emmagasinée dans un condensateur est
  donnée par léquation

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Branchement série

• Vt VC1 VC2 ... et Qt Q1 Q2 ... Q

par définition
en remplaçant
ou bien
En final
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Branchement série (suite)
Deux condensateurs identiques
S
?
CtC/2

2d
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Branchement parallèle
Vt VC1 VC2 ... V et Qt Q1 Q2 ...
Q C V
par définition
CtVt C1VC1C2VC2...
en remplaçant
Ct V C1 V C2 V ...
ou bien
En final
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Branchement parallèle (suite)

• Deux condensateurs identiques

2S
?
Ct2C
d
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Charge dun condensateur

• En comparant un circuit avec seulement des
  résistances à un circuit avec une résistance et
  un condensateur, on peut se rendre compte de la
  différence entre les variations des tensions aux
  bornes des composants suivants les actionnements
  de linterrupteur.

• Voir mesures sur le circuit résistif

• Voir mesures sur le circuit capacitif

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Décharge dun condensateur

• Suivant lactionnement de linterrupteur sur la
  position 2, le condensateur se décharge sur la
  résistance et les tensions aux bornes des deux
  varient selon les courbes quon peut visualiser
  sur lécran de loscilloscope.

• Voir les mesures

Pour une animation du phénomène visitez le site
http//www.phy.ntnu.edu.tw/hwang/rc/rc.html
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Charge et décharge

• Dans un circuit comprenant un condensateur
  complètement chargé, une source de tension
  constante, il ny aura aucune intensité de
  courant (I0A) dans le circuit. Mais si la
  tension par exemple augmente, dans ce cas, un
  courant électrique sera établi et le condensateur
  se chargera davantage, en compensant la variation
  de la tension. Si la tension diminue dans le
  circuit, le condensateur va se décharger.
• La valeur du courant dépend du taux de variation
  de la tension et bien sûr de la capacité du
  condensateur.

Le condensateur soppose à la variation de la
tension
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Constante de temps

• Pour chaque circuit RC, le temps, mesuré en
  secondes, nécessaire à charger le condensateur à
  63.2 de sa capacité totale est appelé constante
  de temps de ce circuit.
• ? RC ? 1 sec R 1? C 1F
• Charger un condensateur à 99.8 (pratiquement
  complètement chargé), prend 6 constantes de temps
  (6?).
• La décharge suit identiquement le processus en
  sens inverse, c'est-à-dire, dans une constante de
  temps le condensateur perd 63.2 de sa charge
  initiale et se décharge totalement (à 0.2) après
  6 constantes de temps.
• Lors de la charge ou de la décharge, la tension
  aux bornes du condensateur varie de moitié pour
  chaque intervalle de temps ?00.7?. ?0 est appelé
  le demi - temps du circuit RC

• Voir les graphiques de la charge et décharge

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Types constructifs

• On peut classifier les condensateurs
• a) suivant le diélectrique utilisé
  (condensateur au papier, au mica, au tantale,
  etc.).
• b) suivant leur forme (condensateurs plans ou
  condensateurs cylindriques).
• c) suivant que leur capacité est fixe,
  ajustable ou variable)

Les types les plus communs sont

• condensateurs fixes

• condensateurs électrolytiques

• condensateurs variables

• condensateurs ajustables

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Condensateurs variables

• Selon la formule de la capacité
• On retrouve des condensateurs variables suivant

S
?
C
d

• la variation de la surface commune des armatures

• la variation de la nature du diélectrique

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VR2
24
VC
VR1
25
VC
VR2
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(No Transcript)
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Condensateurs fixes
armatures
diélectrique
28
Condensateurs électrolytiques
Utilisés pour leurs grandes capacités, mais
seulement en c.c. puisquils sont polarisées
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S
Plaques mobiles
?
C
d
Plaques fixes
Utilisés surtout en radio-technique
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Condensateurs ajustables (trimmers)
S
?
C
d
Utilisés à faire des ajustements fins dans les
circuits.
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S
Condensateurs cylindriques
?
C
d
Utilisés comme capteurs dans le système
dindication du niveau du combustible.