Prsentation PowerPoint

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CHAPITRE 5
CONDENSATEURS ET DIÉLECTRIQUES
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PLAN DE MATCH

• Définition de la capacité
• Capacité de divers types de condensateurs
• Associations de condensateurs en séries et en
  parallèles
• Énergie emmagasinée dans un condensateur
• Ajout dun diélectrique

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1. Définition de la capacité
Condensateur dispositif servant à emmagasiner
des charges électriques. Applications poste
de radio (tuner), flash dappareils photo,
accélérateurs de particules, circuits
électroniques Composition du condensateur
deux conducteurs (armatures) séparés par un
isolant (diélectrique) Reliées à une pile, les
armatures se charges Pourquoi ?
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La différence de potentiel entre les armatures
est la même quaux bornes de la pile pourquoi
? Si on enlève la pile quarrivent-ils aux
charges ? La charge Q est directement
proportionnel à ?V entre les armatures C
constante de proportionnalité capacité
1 farad 1 F 1 C/V
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Note la capacité est une caractéristique du
condensateur, elle ne dépend pas ni de Q ni de ?V!
2. Capacité de divers types de condensateurs
Nous allons maintenant définir des expressions
permettant de calculer la capacité dun
condensateur selon la configuration des armatures
(plan, cylindrique, sphérique).
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Exemple 1 Le condensateur plan - Soit deux
armatures conductrices et planes portant une
charge Q et séparée par une distance d. En
supposant que d est faible devant les dimensions
des armatures, exprimez la capacité de ce
condensateur en fonction de ses
paramètres. Trouvons une expression de ?V
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La capacité dun condensateur plan Quel
est laire des armatures pour une capacité de 1 F
et une distance de 1 mm ?
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Exemple 2 Le condensateur cylindrique -
Soit un conducteur central de rayon r1 entouré
par un conducteur creux de rayon r2 câble
coaxial! Trouvez la capacité dune longueur L de
ce type de câble si lisolant entre les deux
conducteur est de lair.
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3. Associations de condensateurs en séries et en
parallèles
Intérêt si pas de condensateur de la capacité
voulue
i. Condensateurs en séries
Une pile (Va Vb) est branchée aux 2
condensateurs C1 et C2 Les 2 condensateurs
portent la même charge Q, pourquoi ?
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Par définition
En généralisant pour n condensateurs en séries
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ii. Condensateurs en parallèles
Une pile (Va Vb) est branchée aux 2
condensateurs C1 et C2 La d.d.p. est la même
pour les 2 condensateurs, pourquoi ? La
charge totale accumulée est Q
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Par définition
En généralisant pour n condensateurs en
parallèles
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Tableau récapitulatif
Condensateurs en séries
Condensateurs en parallèles
Charges différentes Même tension
Capacité équivalente
Même charge Tension différente
Capacité équivalente
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Exemple 3 Un condensateur de 2?F est branché en
série avec un condensateur de 4?F et une pile de
18 V. a) Trouvez la charge portée par chaque
condensateur ainsi que la d.p.p. à leurs bornes.
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b) Les condensateurs sont alors retirés du
circuit de manière à conserver leur charge. Ils
sont alors rebranchés ensemble bornes positives
avec bornes positives et bornes négatives avec
bornes négatives. Trouvez la d.p.p. aux bornes
des condensateurs et la charge sur chaque
condensateur.
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• Exemple 4
• Trouvez la capacité équivalente du circuit
  suivant.
• Calculez la charge et la d.p.p. de chaque
  condensateur lorsquils sont branchés à une pile
  de 6V

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4. Énergie emmagasinée dans un condensateur
Énergie dans un condensateur travail fait
pour le charger Durant le processus de charge,
à un instant quelconque, la charge sur les
armatures est q et la d.p.p aux bornes du
condensateur est V Pour déplacer une charge
additionnelle dq de larmature négative à
larmature positive il faut faire un travail
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Le travail total pour charger le condensateur à
une charge Q Le travail est emmagasinée
sous forme dénergie potentielle électrique par
le condensateur Normalement, le travail
pour charger un condensateur est fait par une
pile de tension constante V Wpile QV or UE
0,5QV !
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Exemple 5 Un condensateur plan carré a des
armatures de 14 cm de côté séparées dune
distance de 2 mm dair. Le condensateur est
branché à une pile de 12 V. La pile est alors
débranchée et la distance entre les armatures est
alors augmentée à 3,5 mm. a) Quelle est la charge
du condensateur ? b) Quelle énergie est
initialement emmagasinée par le condensateur ?
c) Quelle est lénergie emmagasinée par le
 nouveau  condensateur (avec d 3,5 mm).
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5. Ajout dun diélectrique
Lespace entre les armatures dun condensateur
isolant (air, papier, verre, bois). Ces
matériaux sont aussi appelé diélectriques (M.
Faraday). Lajout dun diélectrique autre que
lair augmente la capacité du condensateur dun
facteur ? (kappa) Plusieurs avantages de
lutilisation du diélectrique - augmente la
capacité dun condensateur. - support physique
permettant un d très faible. - rigidité
électrique permet un plus grand ?V sans claquage
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Description atomique
Molécule non-polaire ou atome dans un champ
électrique Molécule polaire Ces
molécules ayant un moment dipolaire permanent,
elles salignent  facilement  avec le champ
électrique.
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(No Transcript)
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Effet global polarisation du diélectrique
Effet global sur le champ électrique
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Dans le diélectrique, les charges induites
créent un champ électrique induit Ei Le
champ induit Ei soppose à Eo. Le champ
résultant ED est inférieur au champ sans le
diélectrique
i. Effet du diélectrique sans la pile
Condensateur sans diélectrique, Qo et ?Vo.
Ajout dun diélectrique
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La nouvelle capacité La capacité avec un
diélectrique
ii. Effet du diélectrique avec la pile
Le diélectrique est introduit avec la pile
branchée Pour maintenir ?Vo constant la pile
fournie plus de charges
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La capacité Finalement,
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Exemple 6 Un condensateur plan carré a des
armatures de 10 cm de côté séparées dune
distance de 4 mm. Une couche de diélectrique
(?2) de même dimension est insérée entre les
armatures. Supposez que le condensateur nest
pas branché à une pile. a) Quelle est la capacité
du condensateur sans le diélectrique ? b) Quelle
est la capacité du condensateur avec le
diélectrique remplissant complètement lespace
entre les armatures ? c) Quelle est la capacité
du condensateur si le diélectrique a une
épaisseur de 3 mm ?
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• RÉSUMÉ
• Un condensateur dispositif servant à
  emmagasiner des charges.
• La capacité
• Capacité équivalente de n condensateurs
• en séries
• en parallèles
• Énergie emmagasinée
• Capacité avec diélectrique