LES CONDENSATEURS

Un condensateur est un composant électronique ou électrique composé de deux bornes de grande surface séparées par un isolant (diéléctrique).

Le condensateur le plus simple est fait de deux plaques placées face à face très très près l'une de l'autre avec un isolant entre les deux, comme ceci:

Que se passe-t'il lorsque l'on relie un condensateur à un générateur (une pile, par exemple)?

Le générateur va enlever des électrons à une des bornes, qui deviendra donc positive, et les enverra vers l'autre borne, qui deviendra donc négative (un générateur agit comme une sorte de "pompe à électron").

Des électrons viendront donc s'accumuler sur une des "plaques" tandis que des charges positives (par déficit d'électron) s'acumuleront sur l'autre plaque.

L'attraction mutuelle entre charges de signes contraires facilite leur accumulation sur chaque "plaque".
Cette attraction est d'autant plus forte que la distance est faible, la distance séparant les deux bornes (ou "plaques", ou armatures) d'un condensateur devra donc être la plus petite possible.

La couche isolante (diélectrique) devra donc être aussi fine que possible, tout en restant suffisante pour assurer l'isolation électrique à la tension de fonctionnement.

Si la couche isolante (diélectrique) ne doit pas laisser passer le moindre courant électrique, elle doit par contre laisser passer le champs électrique, pour que les charges de signes contraires puissent s'attirer mutuellement.

Plus le diélectrique est "transparent" au champs électrique, plus l'attraction mutuelle des charges de signes contraires est facilitée, augmentant ainsi l'accumulation de charge sur chaque borne (ou "plaque").

Cette "transparence" au champs électrique s'appelle: la permitivité.

On comprend aussi facilement que plus grande est la surface "en regard", ou "vis à vis" , ou "face à face", des bornes du condensateur, plus il pourra stocker de charge.

L'aptitude d'un condensateur à stocker des charges électriques dépend donc de la surface de ses armatures (bornes ou "plaques") ainsi que de l'épaisseur et de la permitivité de son diélectrique.

Cette aptitude s'appelle la capacité du condensateur, elle est égale au produit de la permitivité (epsilon) par la surface "en regard" (S), divisé par la distance séparant les deux armatures (d).
C = *S/d

Son symbole est donc C et son unité est le Farad.

Un condensateur de un Farad est un condensateur capable de stocker une charge de un Coulomb lorsqu'il est soumis à une différence de potentiel de un Volt.

Donc C = Q/U
Avec C: la capacité (en farad).
          Q: la charge (en coulomb).
          U: la différence de potentiel, ou la tension si vous préférez (en volt).

Le farad est une unité énorme, dans la pratique la capacité d'un condensateur s'exprime en microfarad (millionnième de farad F), voir en nanofarad (milliardième de farad: nF), voir même en picofarad (millième de milliardième de farad: pF).

Pour obtenir un maximum de surface dans un volume raisonnable, les armatures, bornes ou "plaques" d'un condensateur sont faites de feuilles métalliques extrêmement minces séparées par une feuille d'isolant, elle aussi extrêmement mince, et à forte permitivité, le tout replié ou enroulé dans le "boitier" du condensateur.

Les condensateurs dit: électrolytiques sont des condensateurs dans lesquels le diélectrique est constitué d'une couche infime d'une substance isolante formée par électrolyse.

CHARGE D'UN CONDENSATEUR.

Prenons un condensateur vide et relions le à un générateur électrique.

Au départ, le condensateur est vide, la tension entre ses bornes est donc nulle.

Un générateur, on l'a dit, agit comme une "pompe à électrons", il "prend" donc les électrons d'une des deux armatures, qui devient de ce fait de plus en plus positive au fur et à mesure qu'on lui enlève des électrons, et il les envoie vers l'autre armature, qui devient de ce fait de plus en plus négative au fur et à mesure qu'on lui rajoute des électrons.

Pendant la charge, on a donc une des deux armatures qui devient de plus en plus positive tandis que l'autre devient de plus en plus négative, on a donc là une différence de potentiel (une tension) qui augmente entre les deux armatures.

Cette tension s'oppose à la tension du générateur qui a donc de plus en plus de mal à transférer des électrons d'une armature à l'autre.

Conclusion: puisque l'augmentation de tension dans le condensateur s'oppose de plus en plus fortement à l'apport de nouvelles charges, on comprend tout de suite que c'est au tout début (quand la tension du condensateur est encore nulle) que le générateur peut débiter le courant le plus fort et dans le même temps on comprend aussi que c'est quand la tension entre les bornes du condensateur est à son maximum que le courant (l'intensité) est à son minimum.

Lorsque l'on charge un condensateur, la tension entre ses bornes ( notée: U) et le courant électrique (ou intensité, donc: I) évoluent donc comme ceci au fur et à mesure de la charge:

Lors de la décharge (par exemple à travers une résistance), la tension est, au départ, maximale,et diminue ensuite selon une courbe comme celle-ci:

Elle ressemble à le courbe de I (le courant) lors de la charge.

En plaçant l'une derrière l'autre, et alternativement, des courbes de tension en phase de charge et des courbes de tension en phase de décharge, on obtient une courbe montrant l'évolution de la tension aux bornes d'un condensateur soumis à une succession de charges et de décharges, et ça donne ça:

Dans le cas présenté ici, la polarisation du condensateur ne change pas, que ce soit lors de la charge ou lors de la décharge, en d'autres termes, les bornes positives et négatives ne changent pas.
En conséquence: la tension varie mais ne s'inverse pas.

Il n'en est pas de même pour le courant, car même si la polarité reste la même, le courant entre dans le condensateur lors de la charge, et il en sort lors de la décharge, il change donc de sens à chaque fois.

Lors de la décharge (par exemple à travers une résistance), l'intensité du courant est, au départ, maximale (puisque la décharge se fait à travers une résistance et que la tension est elle aussi maximale à ce moment) et diminue ensuite exactement de la même manière que lors de la charge, mais en sens inverse!! pour montrer cette inversion de sens, on trace la courbe comme ceci:

C'est à dire "sous" l'axe des abscisses, donc en ordonnées négatives.

Si, comme pour la tension, on décide de placer l'une derrière l'autre, et alternativement, des courbes de courant de charge et de décharge d'un condensateur, on obtient une courbe montrant l'évolution du courant entrant et sortant d'un condensateur soumis à une succession de charges et de décharges, et ça donne ça: