Décharge du condensateur

Comment un condensateur se décharge-t-il ?

Les condensateurs ont deux plaques conductrices séparées par un matériau isolant. Lorsque le condensateur se charge, les deux étapes ci-dessous se produisent dans l'ordre où elles sont énumérées :

1. Unedifférence de potentiel entre les deux plaques conductrices commence à s'élever en raison du champ électrique créé par la source dans le circuit. L'une des plaques gagne des électrons en excès par rapport à l'autre plaque parce que le champ électrique de la source pousse les électrons de la plaque dont le pôle positif est dirigé vers.
2. Une fois la charge terminée, l'une des plaques a une charge positive, tandis que l'autre a une charge négative.

Figure 1. Un condensateur chargé.

Lorsque le condensateur se décharge, l'excès d'électrons sur la plaque chargée négativement commence à s'écouler vers la plaque chargée positivement, ce qui fait que le condensateur crée unflux d' électrons dans le circuit et agit comme une source de tension pendant un certain temps. Ce flux d'électrons s'arrête lorsque la différence de potentiel entre les plaques tombe à zéro, ce qui signifie que les deux plaques sont neutres à ce moment-là et que la charge que le condensateur contenait a été restituée au circuit.

Comment se comporte la décharge d'un condensateur dans les circuits à courant alternatif et à courant continu ?

Le comportement de décharge d'un condensateur dépend du fait qu'il se trouve dans un circuit à courant alternatif ou à courant continu.

Comportement de décharge du condensateur dans les circuits à courant continu

Dans les circuits à courant continu, le condensateur se charge et se décharge une seule fois. Pour mieux comprendre ce concept, jette un coup d'œil au circuit ci-dessous.

Figure 2. Un circuit de condensateur simple.

Dans ce circuit, l'ampèremètre (A) indique la valeur du courant qui traverse le condensateur, tandis que le voltmètre (V) indique la différence de potentiel entre les plaques. Lorsque nous plaçons l'interrupteur en position 1, le condensateur se charge. La plaque supérieure est chargée positivement car le champ électrique de la source a poussé les électrons de la plaque supérieure dans la plaque inférieure, ce qui signifie que la plaque inférieure est chargée négativement. Si nous plaçons ensuite l'interrupteur en position 3, le condensateur commence à se décharger.

Figure 3. Un circuit de condensateur simple.

Juste après avoir placé l'interrupteur en position 3, le flux d'électrons provenant du condensateur commence. Comme il se fait dans le sens opposé au flux d'électrons qui se produisait lorsque le condensateur se chargeait, l'indicateur de l'ampèremètre tourne pendant un court instant dans le sens opposé avant de revenir à zéro. Ce flux de charge se termine lorsque la charge des deux plaques du condensateur est au même niveau, ce qui indique que le condensateur s'est déchargé.

Comme le condensateur du circuit de la figure 2 est court-circuité, la période de temps pendant laquelle le flux d'électrons est présent est très courte. Pour augmenter cette période et utiliser le condensateur comme source pendant plus longtemps, il faut connecter des résistances au circuit, car elles résistent au flux de courant.

Figure 4. Variation de la tension d'un condensateur pendant la décharge.

Dans la figure ci-dessus, Vc est la valeur de la tension du condensateur, V est la valeur de la tension du condensateur lorsqu'il est complètement chargé, et t est le temps.

Comme tu peux le constater, dans les circuits à courant continu, on parle d'état temporaire lorsque le condensateur se décharge et que le niveau de tension descend à zéro. Lorsque le condensateur est entièrement déchargé, on parle d'état stable. C'est la principale différence entre le comportement des condensateurs dans les circuits à courant continu et à courant alternatif.

Figure 5. Variation du courant d'un condensateur pendant la décharge.

Dans cette figure, Ic est le courant qui traverse le condensateur, -V/R est la valeur du courant qui traverse le condensateur lorsqu'il est complètement chargé, et t est le temps.

Tu peux voir que la valeur du courant commence à atteindre zéro à partir d'une valeur négative. C'est parce que le flux d'électrons est dans la direction opposée à celle qu'il avait pendant que le condensateur se chargeait. Le sens du flux de courant est, bien sûr, également différent.

Une fois le condensateur déchargé, à moins que nous ne placions l'interrupteur en position 1, la charge du condensateur et le courant traversant le circuit resteront nuls.

Le comportement de décharge du condensateur dans les circuits à courant alternatif

Alors qu'un condensateur dans un circuit à courant continu ne se décharge qu'une seule fois, dans un circuit à courant alternatif, il se charge et se décharge continuellement. Le flux de courant est également différent par rapport à un circuit à courant continu, où il circule dans un sens jusqu'à ce que le condensateur soit déchargé, puis s'arrête. Dans un circuit à courant alternatif, en revanche, le courant circule dans les deux sens de façon continue.

Figure 6. Dans les circuits à courant alternatif, le courant et la tension d'un condensateur ont une différence de phase de 90 degrés.

Dans cette figure, V(t) est la tension en fonction du temps, i(t) est le courant en fonction du temps, _Vm est la valeur de crête de la tension du condensateur,_Im est la valeur de crête du courant alternatif traversant le condensateur, et θ est le déphasage entre la tension et le courant du condensateur.

Pour mieux comprendre le concept, nous allons l'examiner dans les différentes parties d'une période. Normalement, il y a quatre parties où le condensateur se comporte différemment : 0-π / 2, π / 2-π, π -3π / 2, et 3π / 2-2π. Disons que l'angle de phase est a. Dans les périodes π/2<a<π et 3π/2<a<2π, le condensateur se décharge alors que dans les deux autres périodes, il se charge.

La période π/2 <a<π

Comme tu peux le voir sur la figure 6, à a = π/2, le courant est nul et la tension du condensateur est à sa valeur maximale (V = _Vm). Cela indique également que la charge du condensateur est à son maximum : \(q = Q_m = V_m \cdot C\), où q est la charge, _Qm est la charge maximale, _Vm est la valeur de crête de la source de courant alternatif, et C est la capacité.

Figure 7. Décharge du condensateur dans les circuits à courant alternatif (schéma 1).

Dans cette figure, Vt est la source de tension alternative, qui dépend du temps, tandis que \(V_{max} \cdot \sin(\omega t)\) est la fonction définissant son comportement sinusoïdal.

Comme la valeur de la tension de la source de courant alternatif diminue après a=π/2, la tension du condensateur diminuera également. Cela implique également que la charge du condensateur va diminuer, ce qui oblige le flux d'électrons à s'inverser car les électrons excédentaires de la plaque inférieure vont vers la plaque supérieure. C'est la raison pour laquelle la direction du courant change. À mesure que nous nous rapprochons de a=π, la tension de la source de courant alternatif commence à changer rapidement, ce qui entraîne une augmentation de la valeur du courant. La valeur de la tension du condensateur est de 0 au point a=π, ce qui indique qu'il s'est déchargé.

La période 3π/2 <a <2π

Comme la tension du condensateur est à son maximum au point a=3π/2, la charge sera également à son maximum. Et comme le condensateur est complètement chargé, aucun courant ne le traversera à ce moment précis. Par conséquent, la valeur du courant est i = 0.

Figure 8. Décharge du condensateur dans les circuits à courant alternatif (schéma 2).

Remarque comment la plaque inférieure du condensateur est maintenant chargée. C'est parce que dans la période π <a <3π/2, le courant que la source CA génère circulait dans la direction opposée, ce qui a entraîné la charge du condensateur dans la direction opposée.

La tension de la source diminue après a=3π/2, ce qui implique que la tension du condensateur diminuera également, et que le condensateur commencera à se décharger. À mesure que l'on se rapproche du point 2π, le taux de variation de la tension (dV/dt) et le courant augmentent tous les deux.

La valeur du courant est à son maximum au point 2π, et la valeur de la tension de la source alternative est nulle. La charge du condensateur (q) est également égale à 0 à cet instant puisqu'il a été déchargé.

Combien de temps faut-il à un condensateur pour se décharger ?

Lorsqu'un circuit de base comme celui que nous venons d'étudier ne comporte pas de résistance, il est impossible de calculer le temps qu'il faut à un condensateur pour se décharger. Cependant, il n'est pas nécessaire de le calculer car le condensateur se décharge très rapidement. Donc, pour calculer le temps que met un condensateur à se décharger, nous avons besoin d'un circuit RC . Prenons l'exemple ci-dessous.