Le condensateur : électrostatique

Le condensateur, c'est quoi ?

Deux conducteurs séparés par un isolant forment un condensateur !

A gauche une représentation avec en rouge les 2 armatures conductrices séparées par un isolant en vert.
A droite, les symboles les plus usités

Il existe des condensateurs naturels

Voir le cours sur la terre et le DDR pour plus d'infos

Condensateurs de redressement COsφ

Ce sont les condensateurs utilisés sur le réseau électrique pour compenser le réactif produit par les moteurs et autres récepteurs inductifs. Voir conseils+

Condensateurs chimiques de filtrage

Ces condensateurs sont utilisés pour filtrer le courant alternatif redressé par des ponts de diodesEn pointillés rouge le redressé double alternance, en bleu une fois filtré avec un condensateur
Sera abordé dans le cours sur les alimentation, lié en fin de cours

Condensateurs non polarisés : filtrage, découplage...

Ces condensateurs offrent une fonction de découplage en agissant comme un mini réservoir pour fournir une petite quantité d'électricité lors de transitionsPassage d'un état électrique 0 à 1 (– ou 0 au +). Ils peuvent aussi servir dans des oscillateurs pour fixer le temps d'oscillation...

Voici un des moyens de production de condensateurs

Des spirales en sandwich en 4 couches, avec l'inconvénient de se comporter comme une bobine à haute fréquence, voir CEM...
Les condensateurs 'peignes' n'ont pas cet inconvénient !

Condensateur vs accumulateur

Charge et décharge du condensateur, U en retard, I en 'avance'

décharge

Charge et décharge : principe du condensateur

A la fermeture des interrupteurs, I devient maximum et si l'on néglige R fils : A la fermeture, I est égal à Icc du générateur ! Cliquez sur l'image pour relancer l'animation

L'isolant, en vert, n'est pas traversé ! Vide, le condensateur possède des charges équilibrées représentées par autant de + que de – sur chaque armature. Cet équilibre se modifie : par effet électrostatique, les conducteurs se voient en 'vis à visLes plaques conductrices, (c'est aussi vrai de simples fils mais bien moindre) par effet électrostatique se 'voient' ce qui leur permet de se polariser l'une par rapport à l'autre. Si à vide, chacune étaient à 0 V, raccordée à, par exemple 10 V, l'une serait à '+5 V', la seconde à '–5 V' ce qui offre bien 10 V. En fait la référence étant l'isolant qui les sépare, c'est lui qui reste 'neutre à 0 V'' et acceptent d'un coté d’engendrer une charge à condition que l'autre coté en fournisse autant, l'équilibre est maintenu !

I de décharge est dû à la résistance du galvanomètre, il est donc ici faible mais aurait pu, en cas de mise en cct, atteindre la même valeur que I de charge, la symétrie est parfaite... Le sens du courant s'inverse quand le condensateur devient générateur ! Cliquez sur l'image pour relancer l'animation

Analogie avec le condensateur

Cliquez pour relancer
En alimentant un condensateur vide, on engendre une forte intensité avant de voir la tension augmenter à ses bornes.
Par là même, en lançant un volant d'inertie à l'arrêt, on engendre un fort couple avant qu'il ne prenne de la vitesse.
Contrairement à la bobine et au ressort qui, eux, restituent leur énergie dès la déconnexion ; condensateur et volant d'inertie vont conserverLe condensateur est en réalité sujet à l'auto-décharge en quelques jours ou quelques semaines. Le volant subira les frottements et ralentira plus rapidement... l'énergie emmagasinée.

Ci-dessous la restitution brutale en court-circuit pour le condensateur, avec un frein pour le volant :
SurintensitéI = C × U / t
t tend vers 0 donc I tend vers ∞ : l'infini pour le condensateur.
Couple très élevé pour le volant...


En résumé le condensateur :

• Ne produira jamaisAttention, le condensateur ne produit jamais de surtension, mais vous pouvez entendre cette erreur : sachez que ce sont les inductances, (incluant l'inductance naturelle des fils), qui provoquent la surtension, le condensateur ne fera que la stocker, quitte à ce qu'elle le détruise... de surtension
• Peut engendrer une surintensité
• Retarde la variation de tension à ses bornes

De quoi dépend la capacité ?

La capacité en Farad Unité des condensateurs, unité très grande, (sauf supercondensateurs de 1 à + de 500 F...).
Les valeurs usuelles de condensateurs classiques vont de 1 pF (pF = 10^-12) à quelques µF (µF = 10^-6) pour les non polarisés.
Jusqu'à quelques centaines de milliers de µF pour les 'chimiques'
NB : le mF, milliFarad = 10^-3, n'est pas utilisé, attention aux composants 'mal' mentionnés !c'est la quantité d'électricité :

La capacité augmente proportionnellement aux surfaces en 'vis à visLes plaques conductrices, (c'est aussi vrai de simples fils mais bien moindre) par effet électrostatique se 'voient' ce qui leur permet de se polariser l'une par rapport à l'autre. Comme vu précédemment'...  Cliquez sur l'image pour relancer l'animation	Lorsque l'épaisseur de l'isolant augmente, la capacité diminue mais la tension supportée augmente ! Cliquez sur l'image pour relancer l'animation
Destruction de l'isolant et explosion en cas de surtension !  Cliquez sur l'image pour relancer l'animation	Repérer la polarité des polarisésUtilisé à l'envers, le condensateur polarisé explose pour moins de 10% de sa tension d'utilisation (donc ici pour -5 V) ! : La patte la plus longue en haut représente le + alors que le – est fléché en bas de la photo

Vidéo : mesure du condensateur par son impédance en sinusoïdal