Les condensateurs sont couramment utilisés pour stocker l'énergie électrique et la restituer en cas de besoin. Ils stockent l'énergie sous forme d'énergie potentielle électrique.
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Comment les condensateurs stockent-ils l'énergie ?
Lacapacité est l'aptitude d'un condensateur à stocker la charge, qui est mesurée en Farad. Les condensateurs sont généralement utilisés avec d'autres composants du circuit pour produire un filtre qui laisse passer certaines impulsions électriques tout en en bloquant d'autres.
Figure 1 : condensateurs
Les condensateurs sont constitués de deux plaques conductrices et d'un matériau isolant entre les deux. Lorsqu'un condensateur est connecté à un circuit, le pôle positif de la source de tension commence à pousser les électrons de la plaque à laquelle il est connecté. Ces électrons poussés se rassemblent dans l'autre plaque du condensateur, ce qui fait que lesélectrons excédentaires sont stockés dans la plaque.
L'excès d'électrons dans une plaque et leur manque correspondant dans l'autre plaque provoquent une différence d'énergie potentielle( différence detension) entre les plaques. Idéalement, cette différence d'énergie potentielle (charge) demeure jusqu'à ce que le condensateur commence à se décharger afin de fournir une tension au circuit.
Cependant, dans la pratique, il n'y a pas de conditions idéales, et le condensateur commencera à perdre son énergie une fois qu'il sera retiré du circuit. Cela est dû à ce que l'on appelle lescourants de fuite du condensateur, c'est-à-dire une décharge non désirée du 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 :
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 moyennesur 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.
Qest la charge d'un condensateur, mesurée en coulombs.
Vest 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 Cest la capacité du condensateur en Farads. Si nous introduisons ceci dans la dernière équation, nous obtenons :
Un défibrillateur cardiaque fournit \(6,00 \cdot 10^2\) J d'énergie en déchargeant un condensateur, qui est initialement à \(1,00 \cdot 10 ^ 3\) V. Détermine la capacité du condensateur.
L'énergie du condensateur (Ecap) et sa tension (V) sont connues. Comme nous devons déterminer la capacité, nous devons utiliser l'équation correspondante :
\[E_{cap} = \frac{C \cdot V^2}{2}\]
En résolvant la capacité (C), nous obtenons :
\[C = \frac{2 \cdot E_{cap}}{V^2}\]
En ajoutant les variables connues, on obtient alors :
L'énergie stockée par un condensateur - Points clés à retenir
La capacité est la capacité de stockage d'un condensateur, qui se mesure en Farad.
La durée pendant laquelle un condensateur peut stocker de l'énergie est déterminée par la qualité du matériau isolant (diélectrique) entre les plaques.
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.
L'équation utilisée pour déterminer la capacité est \(C = \frac{(\epsilon_0 \cdot A)}{d}\).
L'équation utilisée pour déterminer l'énergie stockée dans le condensateur est \(E = \frac{Q \cdot V}{2}\).
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Questions fréquemment posées en Énergie stockée par un condensateur
Qu'est-ce qu'un condensateur en physique?
Un condensateur est un composant électrique qui stocke de l'énergie sous forme de champ électrique en accumulant des charges sur deux plaques conductrices séparées par un isolant.
Comment calculer l'énergie stockée dans un condensateur?
L'énergie (E) stockée dans un condensateur est donnée par la formule E = 1/2 C V^2, où C est la capacité en farads et V est la tension en volts.
À quoi sert l'énergie stockée dans un condensateur?
L'énergie stockée dans un condensateur est utilisée pour fournir de l'énergie dans les circuits, lisser les fluctuations de tension et temporiser les circuits électroniques.
Quelle est la capacité d'un condensateur?
La capacité d'un condensateur est la mesure de sa capacité à stocker une charge électrique par unité de tension et est exprimée en farads (F).
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