L'électrosphère (couche atmosphérique ionisée) et le sol de la Terre forment un gigantesque condensateur sphérique terrestre d'une capacité proche de mF. Schéma électrique du circuit RC
Soit la charge d'un condensateur initialement déchargé dans le circuit schématisé ci‑dessous:
En fermant l'interrupteur à s, la charge du condensateur commence. La tension augmente alors au cours du temps. Mise en équation du circuit
L'objectif est de trouver la tension au cours du temps durant la charge du condensateur, celui‑ci étant initialement déchargé. Selon la loi des mailles:
On obtient une équation différentielle du premier ordre en. La résolution de cette équation aboutit à:
Le régime transitoire est le régime pendant lequel le condensateur se charge. Lorsque la tension atteint sa valeur maximale constante, on parle de régime permanent ( doc. 3). Temps caractéristique de charge
Dans le cadre d'une fonction exponentielle de la forme, on définit comme le temps caractéristique. On adopte cette définition pour le temps caractéristique de charge d'un condensateur.
Le Condensateur Cours Bac Science News
Le condensateur n'est généralement considéré chargé qu'au bout de environ (chargé à 99%). Un condensateur initialement chargé avec une tension peut se décharger dans un dipôle, comme une résistance par exemple. On ferme l'interrupteur à s. Le condensateur commence à se décharger dans la résistance. Comme précédemment, il faut déterminer la tension au cours du temps. L'interrupteur est fermé à s. On obtient à nouveau une équation différentielle du premier ordre en. En la résolvant:
Le régime durant lequel le condensateur se décharge est appelé régime transitoire. Lorsque la tension atteint la valeur nulle, on est en régime permanent. Temps caractéristique de décharge
La même définition s'applique ici que lors de la charge. Par identification, le temps caractéristique vaut:
La solution de l'équation différentielle s'exprime alors en fonction de:
La charge et la décharge du condensateur s'effectuent avec un temps caractéristique identique. ➜ Attention, lors de la décharge, le courant circule physiquement toujours à l'extérieur du condensateur en partant de l'armature chargée positivement du condensateur vers l'armature chargée négativement.
Dans le but de conserver l'action électrolytique de
cette couche, la polarité des condensateurs est marquée
sur leurs bornes. 2. Capacité
La capacité est la grandeur
caractéristique d'un condensateur. Elle correspond, en fait, au pouvoir qu'a ce
dernier d'emmagasiner de l'énergie. Ce pouvoir dépend
directement de la construction de chacun des
condensateurs. Chaque
condensateur est caractérisé par sa capacité. Plus
sa capacité est grande, plus le condensateur peut
emmagasiner de l'énergie. La valeur de capacité d'un
condensateur est calculée à partir de sa
dimension physique et des matériaux utilisés
pour sa construction. La formule suivante peut être
utilisée pour calculer la capacité d'un
condensateur:
Où: C: capacité en farads
(F)
S: surface des plaques en
mètres carrés (m 2)
d: distance entre les deux
plaques en mètres (m)
e r: constante
diélectrique correspondant au matériau séparant
les deux plaques
Les constantes diélectriques de
quelques matériaux sont les suivantes:
La capacité d'un condensateur
est symbolisée par C et son unité de
mesure est le farad (F), donné en l'honneur du physicien
anglais Michael Faraday.
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