Énergie stockée par un condensateur

L'effet du diélectrique sur la charge stockée

La durée pendant laquelle un condensateur peut stocker de l'énergie dépend de la qualité du matériau diélectrique entre les plaques. Ce matériau isolant est également appelé diélectrique. La quantité d'énergie stockée par un condensateur (sa capacité) est déterminée par la surface des plaques conductrices, la distance qui les sépare et le diélectrique qui les sépare, ce qui s'exprime comme suit :

\[C = \frac{\epsilon_0 \cdot A}{d}\]

Ici :

• C est la capacité, mesurée en Farad.

• \(\epsilon_0\) est la constante diélectrique du matériau isolant.
• A est la zone de chevauchement des plaques (\(m ^ 2\)).
• d est la distance entre les plaques, mesurée en mètres.

Le tableau ci-dessous indique l'effet du matériau diélectrique sur l'énergie stockée par le condensateur.

Comment calculer l'énergie stockée dans un condensateur ?

Comme l'énergie stockée dans un condensateur est une énergie potentielle électrique, elle est liée à la charge (Q) et à la tension (V) du condensateur. Tout d'abord, rappelons l'équation de l'énergie potentielle électrique (ΔPE), qui est :

\[\Delta PE = q \cdot \Delta V\].

Cette équation est utilisée pour l'énergie potentielle (ΔPE) d'une charge (q) lorsqu'elle passe par une différence de tension (ΔV). Lorsque la première charge est placée dans le condensateur, elle passe par une variation de ΔV=0 car le condensateur a une tension nulle lorsqu'il n'est pas chargé.

Lorsque le condensateur est entièrement chargé, la charge finale stockée dans le condensateur subit une variation de tension de ΔV=V. La tension moyenne sur un condensateur pendant le processus de charge est V/2, qui est également la tension moyenne subie par la charge finale.

\[E_{cap} = \frac{Q \cdot V}{2}\]

Ici :

• \(E_{cap}\) est l'énergie stockée dans un condensateur, mesurée en Joules.
• Q est la charge d'un condensateur, mesurée en coulombs.

• V est la tension sur le condensateur, mesurée en Volts.

Nous pouvons exprimer cette équation de différentes manières. La charge d'un condensateur est calculée à partir de l'équation Q = C*V, où C est la capacité du condensateur en Farads. Si nous introduisons ceci dans la dernière équation, nous obtenons :

\[E_{cap} = \frac{Q \cdot V}{2} = \frac{C \cdot V^2}{2} = \frac{Q^2}{2 \cdot C}\]

Prenons maintenant quelques exemples.