Cependant, bien que ce soit le cas, la différence est qu'une batterie stocke l'énergie sous forme de potentiel chimique, alors que les condensateurs stockent l'énergie sous forme de potentiel électrique. De plus, le courant de fuite est plus élevé dans les condensateurs que dans les batteries, ce qui signifie que les condensateurs ne peuvent pas conserver une charge aussi longtemps que les batteries.
Le mouvement rapide des électrons entre les deux plaques d'un condensateur le rend très utile dans les applications électroniques.
Condensateur
À l'intérieur d'un condensateur, il y a deux plaques métalliques faites d'un matériau conducteur tel que l'aluminium. Ces plaques sont séparées par un matériau isolant, également appelé diélectrique.
Avant d'explorer le fonctionnement d'un condensateur, nous devons comprendre le concept de polarisation.
La polarisation est l'orientation des molécules polaires à l'intérieur du diélectrique vers des électrodes opposées.
Un diélectrique est constitué d'un grand nombre de molécules polaires qui ont une extrémité positive et une extrémité négative. Lorsqu'aucune charge n'est stockée par le condensateur, il n'y a pas de champ électrique et ces molécules s'orientent au hasard dans des directions différentes.
Lorsqu'une tension est appliquée à un condensateur, un champ électrique est généré. Les extrémités positives des molécules sont attirées par la plaque chargée négativement et vice versa.
Comme le diélectrique est un isolant et que les molécules ne peuvent pas se déplacer, les molécules polarisées s'orientent de manière à ce que les charges opposées des molécules et des plaques se fassent face.
Comme le champ électrique des molécules polarisées est dans la direction opposée aux plaques du condensateur, la différence de potentiel est réduite, et la capacité du condensateur à stocker la charge par unité de différence de potentiel est augmentée.
Prends une pile et attache l'extrémité négative à la borne négative du condensateur (indiquée par une bande) et l'extrémité positive à la borne positive. Cependant, garde à l'esprit que tous les condensateurs n'ont pas de pôles marqués. Si c'est le cas, ils peuvent être connectés dans n'importe quel sens dans le circuit.
Les charges circulent de la batterie vers la borne négative du condensateur et de la plaque positive vers l'extrémité positive de la batterie.
Une fois que les charges ont volé de la plaque positive à la batterie et de la batterie à la plaque négative, aucun autre flux d'électrons n'est possible, et un côté du condensateur est chargé négativement tandis que l'autre côté est chargé positivement. Le condensateur est au même niveau de tension que la batterie.
Comme les électrons s'accumulent d'un côté du condensateur, on dit qu'il stocke de l'énergie, qui peut être libérée quand on en a besoin.
Une différence de potentiel se crée entre les plaques du condensateur car il y a une différence dans le nombre de charges sur les plaques.
Application d'un condensateur
Un condensateur chargé peut être utilisé pour fournir une charge dans un circuit sans aucune interruption.
Par exemple, lorsque nous connectons une DEL à un condensateur entièrement chargé, les charges de la plaque négative du condensateur passent à travers la DEL vers la plaque positive du condensateur jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de différence de potentiel entre les deux bornes. La DEL clignotera donc pendant un court instant.
La durée du clignotement sera très courte car le flux d'électrons est très rapide. Cependant, si nous connectons une batterie au condensateur dans ce circuit, le condensateur se chargera et stockera de l'énergie et la déchargera à nouveau s'il y a une interruption dans le flux de courant.
Mesurer l'énergie stockée
Il y a deux valeurs sur un condensateur, l'une indiquant la tension (V) et la capacité en Farads (F).
La valeur de tension indiquée sur le condensateur indique la tension maximale qu'il peut supporter. Si cette valeur est dépassée, il y a de fortes chances qu'un condensateur brûle, parfois même qu'il explose.
La capacité d'un condensateur
Chaque condensateur a une capacité, qui est sa capacité à stocker la charge électrique. Le symbole de la capacité est C, qui se mesure en farads. Les farads correspondent au nombre de coulombs qui peuvent être stockés par volt :
\[1 F = \frac{1C}{1V}\]
La capacité peut donc être utilisée pour calculer la charge en coulombs :
\[Q = C \cdot V\]
- Q = charge électrique.
- C = capacité.
- V = tension.
La formule de la capacité
La capacité peut être calculée à l'aide de l'équation suivante :
\[C = K \frac{\varepsilon_0 A}{d}\]
- C = capacité mesurée en coulombs par volt (F).
- K = constante diélectrique relative, c'est-à-dire la constante diélectrique d'un matériau par rapport à la constante diélectrique de l'espace libre. Elle s'exprime par εr/ε0, où εr est la constante diélectrique du matériau. La constante diélectrique relative est généralement fournie. Par exemple, l'air a une constante diélectrique de 1.
= epsilon nought, la constante diélectrique de l'espace libre, qui a une valeur constante de 8,85 - 10-¹² F/m.
- A = surface des plaques mesurée en mètres2, qui est directement proportionnelle aux plaques.
- d = distance entre les plaques mesurée en mètres, qui est inversement proportionnelle à la capacité.
Calcule la capacité d'un condensateur à plaques parallèles dont les plaques ont une surface de 0,525m2 et sont séparées par 2,15 mm.
Comme K n'est pas spécifié, nous le prendrons égal à 1. En ajoutant les autres valeurs, on obtient :
\(C = 8,85 \cdot 10^{-12}) \cdot \frac{0,525}{2,15 \cdot 10^{-3}} = 2,16 \cdot10^{-9} F\)
Cela peut sembler être une très petite capacité, mais elle est énorme en réalité.
Capacitance (A2 uniquement) - Points clés
- Un condensateur est un conducteur qui peut stocker une charge sous forme électrique.
Chaque condensateur a une capacité, qui est la quantité de charge par unité de différence de potentiel.
Un condensateur est utilisé pour maintenir le courant dans un circuit en cas d'interruption.
Deux plaques conductrices avec un isolant diélectrique entre elles constituent un condensateur.
Un condensateur fonctionne en accumulant des charges négatives sur une plaque, ce qui crée une différence de potentiel entre les deux plaques.
L'unité de capacité est le farad.
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