Généralités.
La capacité.
On forme un condensateur en rapprochant deux conducteurs appelés armatures.
Si les deux armatures sont planes, on obtient un condensateur plan.
Lorsqu’on applique entre les 2 armatures d’un condensateur une tension U, elles accumulent deux charges opposées +Q et –Q exprimées en coulombs (C).
Dans tout condensateur, le rapport U
C= Q est constant quel que soit U et quel que soit Q.
Ce rapport U
C= Q s’appelle capacité du condensateur et s’exprime en farads (F) si U est en volts et Q en coulombs.
Pour un condensateur plan :
e C=ε0εr S
ε0 : permittivité du vide : 36 10−9
εr : permittivité relative du diélectrique, c’est-à-dire de la matière se trouvant entre les armatures ; on l’appelle encore constante diélectrique
C : capacité exprimée en farads
S : surface des conducteurs ou des armatures en mètres carrés
e : épaisseur du diélectrique qui sépare les deux conducteurs ou les deux armatures, en mètres.
Un condensateur possède une capacité de 1 farad lorsqu'il emmagasine 1 coulomb sous une différence de potentiel de 1 volt entre ses armatures.
Cette unité est beaucoup trop grande pour les applications pratiques. On utilise couramment : le microfarad (µF) = 10-6 F
le nanofarad (nF) = 10-9 F et le picofarad (pF) = 10-12 F
Remarque : Pour qu’un condensateur ait une forte capacité, il faut une grande surface et une faible épaisseur et un diélectrique à forte permittivité ou constante diélectrique.
La quantité d'énergie que peut emmagasiner un condensateur est :
2 W= CU2 W en joules, C en farads, U en volts.
On voit que pour un condensateur donné, la quantité d'énergie emmagasinée dépend beaucoup de la tension aux bornes. Cette tension est limitée par la nature et par l'épaisseur du diélectrique. Lorsqu'elle dépasse une certaine valeur, un arc prend naissance entre les armatures et peut détruire l'isolant. Le condensateur est alors mis hors d'usage.
Si on branche des condensateurs en parallèle, la surface des armatures en regard devient la somme des électrodes des condensateurs : Ctotale =C1+C2 +...+Cn
Lorsque des condensateurs sont reliés en série, on observe que c'est l'épaisseur du diélectrique qui devient la somme des épaisseurs des diélectriques de chacun des condensateurs.
La capacité résultante est plus petite que celle du plus petit condensateur :
n 2
1
totale C
... 1 C
1 C
1 C
1 = + + +
Dans le cas de deux condensateurs en série :
2 1
totale C
1 C
1 C
1 = + ou
2 1
2 totale 1
C C
C C C
= +
