Electricite

Electricite

Notion de capacite electrique La capacite d’un condensateur se definie comme etant le nombre de charge par volt qui est possible de stocker. Autrement dit, c’est la grandeur du nombre de charges qui peuvent etre disposes sur les plaques conductrices d’un condensateur. [pic]ou A etant l’aire des plaques (m2), ? o etant une constante et d etant la distance (m) Les unites de la capacite sont les Farads (du nom de Faraday) F On peut comparer la capacite electrique d’un condensateur a la capacite d’air d’un simple ballon de soccer.

Dans un premier lieu, un condensateur se comporte comme un ballon totalement degonfle. Au debut, la force necessaire a appliquer sur une pompe pour projeter de l’air dans le ballon est tres faible. Mais, plus qu’on ajoute de l’air, plus le ballon offre une resistance qui necessite une pus grande force pour pomper. Cette resistance se traduit par un debit d’air qui diminuera. Dans le cas d’un condensateur plan (voir la figure ci contre), on peut voir que pour chaque charge positive, emmagasinee et fourni par la pile, il y a une charge negative.

Un champ electrique est ainsi cree et contribue a exercer une force attractive. Plusieurs facteurs viennent determiner la capacite

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d’un condensateur. Dans un premier cas, l’aire de la surface. Plus que la surface est grande, plus elle pourra stocker des charges. La distance est aussi importante. Plus on se rapproche, plus que le champ electrique augmente et de se fait l’attraction entre une charge positive et son homologue negative devient plus eleve. Donc, une distance qui devient de plus en plus petite se traduit par une augmentation de la capacite.

La constitution du milieu entre les deux plaques peut engendrer une plus grande capacite ou une plus faible capacite dependant de la nature du materiel qui est insere. Celui-ci fera diminuer le champ electrique ou l’augmentera dependant des charges qui pourront fournir un champ electrique (tres faible) qui sera oppose ou qui sera dans la meme orientation avec le champ electrique cree par les deux plaques. Un condensateur de 1 Farad est considere comme etant tres grand. A cause de sa grande capacite, ce type de condensateur peut etre utilise dans les systemes de son audio de grande puissance.

Dans une voiture, l’amplificateur (de basse) consomme beaucoup d’energie et par consequent, un condensateur de grande capacite permet d’emmagasiner assez d’electricite pour venir combler le manque lors d’un chute de tension. Un condensateur d’une capacite aussi eleve protege en plus contre les surtensions. Ainsi, en cas de hausse de la tension, le condensateur pourra emmagasiner l’energie en trop. http://www. forum-auto. com/automobile- pratique/section6/sujet240863. htm Au laboratoire, le type de condensateur utilise avait une polarite a respecter.

De plus, sa capacite etait assez faible (s’il est compare a celui-ci). Ce condensateur, en laboratoire, est un condensateur cylindrique. Cela veut dire que les plaques metalliques sont enroulees et separees par un isolant. Le tout permet d’avoir une grande surface (aire) dans un espace tres confine. Circuit RC [pic] Interrupteur ferme Lors de la fermeture de l’interrupteur, le courant du condensateur varie selon le temps de facon exponentielle. A t=0, soit des que l’interrupteur est ferme, le condensateur se comporte comme un court-circuit.

C’est-a-dire que sa resistance au courant est tres faible voir negligeable dans ce cas. Donc, il sera possible de dire que R, soit la resistance du condensateur, est de 0. Cela est du au fait que le condensateur est vide. On peut remplacer le condensateur C1 par un fil aux bornes M et N. Equation du courant de charge en fonction du temps [pic] Afin de calculer la tension aux bornes de la resistance, il faut appliquer l’equation suivant : [pic] ou i1 est le courant en ampere (A) qui varie selon le temps Pour calculer la tension aux bornes du condensateur, il y a quelques formules dont : pic] ou io est le courant a t=0 (au debut de la charge du condensateur) [pic] ou ? etant la tension de la pile (V) Pour la charge du condensateur : [pic]ou C etant la capacite du condensateur. | |t=0 (Debut) |t= 140 s (fin ou longtemps apres) | |Courant dans le circuit |1 mA |0,01 mA | |Tension aux bornes de la resistance |9,95 V |0,10 V | Tension aux bornes du condensateur |0 V |9,85 V | |Charge du condensateur |0 c |2. 76 x 10-5 c | Charge d’un condensateur | | | | | | | | | |Tableau 1:Charge du | | | | |condensateur C1 | | | | | | | | | |t |i1 |VR = R1 |Vc = R1 io|? = VR +|  | | |i1 |- VR |Vc | | |(s) |(mA) |(Volts) |(Volts) |(Volts) |R1= 9950 ? | |0 |1,00 |9,9500 |0 |9,9500 |  | |10 |0,67 |6,6665 |3,2835 |9,9500 | | |20 |0,45 |4,4775 |5,4725 |9,9500 | | |30 |0,31 |3,0845 |6,8655 |9,9500 | | |40 |0,22 |2,1890 |7,7610 |9,9500 | | |50 |0,16 |1,5920 |8,3580 |9,9500 | | |60 |0,12 |1,1940 |8,7560 |9,9500 | | |70 |0,08 |0,7960 |9,1540 |9,9500 | | 80 |0,06 |0,5970 |9,3530 |9,9500 | | |90 |0,05 |0,4975 |9,4525 |9,9500 | | |100 |0,03 |0,2985 |9,6515 |9,9500 | | |110 |0,03 |0,2985 |9,6515 |9,9500 | | |120 |0,02 |0,1990 |9,7510 |9,9500 | | |130 |0,02 |0,1990 |9,7510 |9,9500 | | |140 |0,01 |0,0995 |9,8505 |9,9500 | | |150 |0,01 |0,0995 |9,8505 |9,9500 | | |160 |0,01 |0,0995 |9,8505 |9,9500 | | |170 |0,01 |0,0995 |9,8505 |9,9500 | | [pic]

Determination de la capacite du condensateur Il est evident qu’a t=0, soit au debut de la charge, soit RC=0, le courant de charge est a son maximum (1 mA). A une constante de temps, soit 1 RC, il est possible de trouver le pourcentage du courant de charge a ce moment precis. [pic] io etant le courant initial soit 1 mA, la formule devient : [pic] A une constante de temps, soit T (s) = RC, la formule pour trouver i (mA) devient : [pic] = 0,368 mA ou 36,8% du courant initial (1mA). A 2 RC (ou 2 constante de temps), le courant a diminue a 0. 135 %. Dans ce cas, a 2 RC, le courant de charge est de 0,135 mA.

En regardant le graphique du courant de la charge, il est possible de voir, a l’aide des deux points, que la distance sur l’abscisse est de meme intervalle. Ainsi, en se referent au tableau, on remarque que le condensateur atteint sa pleine capacite a 140 secondes. C’est-a-dire qu’a 5 RC (140 secondes), le condensateur est plein a 99%. Le courant de charge sera alors inferieur ou egal a 1% (0. 01 mA). En prenant ces elements en compte, il est facile de trouver la valeur d’une constante de temps. En divisant simplement 140 par 5, on obtient 28. Par une verification visuelle sur le graphique, il est visible que 1 RC est egale a 28 secondes.

La ligne verte, parallele a l’axe des Y, donne une position perpendiculaire dans les environs de 28 secondes. En ayant le couple (28,0. 368), on peut deduire qu’a 0. 368 mA ou 36. 8%, la constante de temps est egale au temps. [pic] ou R = 9950 ? [pic] Donc on obtient une valeur de C = 2. 814 x 10-6 F. Dans ce cas, il a fallut diviser par 1000 car les calculs ont ete fait avec des mA tandis que les formules sont configurees avec des amperes (A). La capacite du condensateur etudie est de 2,8 ? F. Multicourbes ?Pile. Vc VR ———————– [pic] ricite