C'est
un composant universellement utilisé dans les appareils
de radio et c'est aussi le premier des moyens connus que l'homme
ait utilisé pour stocker de l'énergie électrique.
La bouteille de Leyde
Le condensateur plan
En utilisant
deux armatures A en forme de plaques et une feuille d'isolant
en guise de diélectrique D il est possible de réaliser
un condensateur de grande capacité de stockage et de plus
faible encombrement que la bouteille de Leyde. La capacité
du condensateur est proportionnelle à la surface S
commune aux deux armatures. Cette surface peut être augmentée
en imbriquant plusieurs lames isolées entres elles. Un
autre paramètre important est l'épaisseur du dièlectrique
: plus cette épaisseur e est importante, plus faible est la capacité.
Enfin, la nature de l'isolant utilisé comme diélectrique
influe sur la capacité du condensateur.
Capacité d'un condensateur
La
capacité C en farad d'un condensateur peut être
calculée avec la formule :
avec :
S : surface de la plus petite des armatures en m²
e : épaisseur du diélectrique en m.
eo est la permittivité du vide et er
est la permittivité ou constante diélectrique de
l'isolant (voir Electrostatique).
En pratique on prendra eo égal à 8,85.10-12
Pour le vide er
est égal à 1. L'air sec a une permittivité
très proche de celle du vide. Voir permittivité
de quelques isolants.
En règle générale, plus la permittivité
du diélectrique d'un condensateur est élevée
moins elle est stable, ce qui implique que la capacité
du condensateur pourra varier en fonction de la fréquence
ou de la température.
Tension de
service
Le diélectrique d'un condensateur
ne peut supporter une tension infinie. La tension maximum d'isolement
est fonction de l'isolant choisi et de l'épaisseur du
diélectrique. Au delà il peut y avoir percement
du diélectrique et claquage du condensateur. Certains
isolants sont auto-cicatrisables, ils ne sont pas détruits
aprés un claquage.
La faculté d'un milieu isolant de résister au claquage
est appelée rigidité diélectrique. Elle est exprimée en kV/mm pour
une épaisseur donnée car elle varie en fonction
de l'épaisseur du diélectrique. Par exemple, la
rigidité délectrique de l'air sec à température
et pression normales est de 4,36kV/mm pour 1 mm d'épaisseur
et 2,98kV/mm pour 10 mm d'épaisseur. L'hygrométrie
et la température de l'isolant peuvent avoir un influence
considérable sur la rigidité diélectrique,
cette diminuant quant les premières augmentent.
La tension de service d'un condensateur est inférieure
d'environ 20% à sa tension maxi d'utilisation.
Charge et énergie stockée
dans un condensateur
La charge
qui peut être emmagasinée dans un condensateur de
capacité C en farad est donnée par la formule :
avec Q en coulomb et U la tension en volts aux bornes du condensateur.
Définition du farad : capacité d'un condensateur
contenant 1 coulomb sous 1 volt.
L'energie stockée en joules
peut être calculée avec :
Exemple : un condensateur de 100µF chargé
à une tension de 300 V contient 0,03 coulombs et 4,5 joules.
Les condensateurs invisibles
On rencontre
très souvent dans les circuits HF des condensateurs qui
ne sont pas considérés comme composants proprement
dits et que l'on désigne sous le terme de capacité
(voire capacités parasites),
par exemple:
- capacités réparties dans une ligne (voir Impédance caractéristique
d'une ligne)
- capacités parasites entre spires d'une bobine
- capacité entre les électrodes d'un quartz (voir
: fonctionnement théorique du quartz)
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