Charger et décharger le condensateur

Charge du condensateur

Pour charger le condensateur, vous devez le connecter au circuit CC. En figue. 1 montre le circuit de charge des condensateurs. Le condensateur C est connecté aux bornes du générateur. La clé peut être utilisée pour fermer ou ouvrir le circuit. Examinons en détail le processus de charge d'un condensateur.

Le générateur a une résistance interne. Lorsque l'interrupteur est fermé, le condensateur se charge à une tension entre les plaques égale à e. etc. v. générateur : Uc = E. Dans ce cas, la plaque reliée à la borne positive du générateur reçoit une charge positive (+q), et la deuxième plaque reçoit une charge négative égale (-q). La taille de la charge q est directement proportionnelle à la capacité du condensateur C et à la tension sur ses plaques : q = CUc

Pe. 1… Circuit de charge des condensateurs

Pour charger les armatures du condensateur, il faut que l'une d'elles gagne et que l'autre perde une certaine quantité d'électrons.Le transfert d'électrons d'une plaque à une autre est effectué le long du circuit externe par la force électromotrice du générateur, et le processus de déplacement des charges le long du circuit n'est rien de plus qu'un courant électrique, appelé courant capacitif de charge Une charge

Le courant de charge en valeur circule généralement en millièmes de seconde jusqu'à ce que la tension aux bornes du condensateur atteigne une valeur égale à e. etc. v. générateur. Le graphique de l'augmentation de la tension sur les plaques du condensateur pendant sa charge est illustré à la fig. 2, a, d'où l'on voit que la tension Uc augmente régulièrement, d'abord rapidement, puis de plus en plus lentement, jusqu'à devenir égale à e. etc. v. générateur E. Après cela, la tension aux bornes du condensateur reste inchangée.

Riz. 2. Graphiques de tension et de courant lors de la charge d'un condensateur

Lorsque le condensateur se charge, un courant de charge circule dans le circuit. Le graphique du courant de charge est illustré à la Fig. 2, b. Au moment initial, le courant de charge a la plus grande valeur, puisque la tension dans le condensateur est toujours nulle, et selon la loi d'Ohm iotax = E /Ri, puisque tout e., etc. c générateur est appliqué à la résistance Ri.

Au fur et à mesure que le condensateur se charge, c'est-à-dire augmente la tension à ses bornes, il diminue pour le courant de charge. Lorsqu'il y a déjà une tension aux bornes du condensateur, la chute de tension aux bornes de la résistance sera égale à la différence entre e. etc. v. tension du générateur et du condensateur, c'est-à-dire égale à E — U s. Donc itax = (E-Us) / Ri

De là, on peut voir que lorsque Uc augmente, icharge et à Uc = E, le courant de charge devient nul.

En savoir plus sur la loi d'Ohm ici : Loi d'Ohm pour une section d'un circuit

La durée du processus de charge du condensateur dépend de deux grandeurs :

1) à partir de la résistance interne du générateur Ri,

2) de la capacité du condensateur C.

En figue. La figure 2 montre les graphiques des courants élégants pour un condensateur d'une capacité de 10 microfarads : la courbe 1 correspond au processus de charge d'un générateur avec e. etc. avec E = 100 V et avec une résistance interne Ri= 10 Ohm, la courbe 2 correspond au processus de charge d'un générateur avec le même e. pr.avec, mais avec une résistance interne plus faible : Ri = 5 ohms.

D'une comparaison de ces courbes, on peut voir qu'avec une résistance interne inférieure du générateur, la force du courant élégant au moment initial est plus grande et donc le processus de charge est plus rapide.

Riz. 2. Graphiques des courants de charge à différentes résistances

En figue. 3 compare les graphiques des courants de charge lors de la charge à partir du même générateur avec e. etc. avec E = 100 V et résistance interne Ri = 10 ohms de deux condensateurs de capacités différentes : 10 microfarads (courbe 1) et 20 microfarads (courbe 2).

Courant de charge initial iotax = E /Ri = 100/10 = 10 Les deux condensateurs sont identiques, car un condensateur avec une plus grande capacité stocke plus d'électricité, alors son courant de charge devrait prendre plus de temps et le processus de charge est plus long.

Riz. 3. Tableaux des courants de charge avec différentes capacités

Décharge de condensateur

Déconnectez le condensateur chargé du générateur et attachez une résistance à ses plaques.

Il y a une tension sur les armatures du condensateur Us, donc, dans un circuit fermé, un courant appelé courant capacitif de décharge ires va circuler.

Le courant circule de la plaque positive du condensateur à travers la résistance vers la plaque négative. Cela correspond au passage des électrons en excès de la plaque négative vers la plaque positive, où ils sont absents.Le processus de trames de rangée se déroule jusqu'à ce que les potentiels des deux plaques soient égaux, c'est-à-dire que la différence de potentiel entre elles devient nulle : Uc = 0.

En figue. La figure 4a montre le graphique de la diminution de la tension dans le condensateur pendant la décharge de la valeur Uco = 100 V à zéro, et la tension diminue d'abord rapidement, puis plus lentement.

En figue. 4, b montre le graphique des variations du courant de décharge. L'intensité du courant de décharge dépend de la valeur de la résistance R et selon la loi d'Ohm ires = Uc/R

Riz. 4. Graphiques de tension et de courant pendant la décharge du condensateur

Au moment initial, lorsque la tension sur les plaques du condensateur est la plus élevée, le courant de décharge est également le plus élevé, et avec une diminution de Uc pendant la décharge, le courant de décharge diminue également. A Uc = 0, le courant de décharge s'arrête.

La durée de la cession dépend :

1) de la capacité du condensateur C

2) sur la valeur de la résistance R à laquelle le condensateur se décharge.

Plus la résistance R est grande, plus la décharge sera lente. Cela est dû au fait qu'avec une grande résistance, l'intensité du courant de décharge est faible et la quantité de charge sur les plaques du condensateur diminue lentement.

Cela peut être montré dans les graphiques du courant de décharge du même condensateur, d'une capacité de 10 μF et chargé à une tension de 100 V, à deux valeurs de résistance différentes (Fig. 5): courbe 1 - à R =40 ohms, ioresr = UcО/ R = 100/40 = 2,5 A et courbe 2 — à 20 Ohm ioresr = 100/20 = 5 A.

Riz. 5. Graphiques des courants de décharge à différentes résistances

La décharge est également plus lente lorsque la capacité du condensateur est grande.En effet, avec plus de capacité sur les plaques de condensateur, il y a plus d'électricité (plus de charge) et il faudra plus de temps pour que la charge se décharge. Ceci est bien illustré par les graphiques des courants de décharge pour deux condensateurs de même capacité, chargés à la même tension de 100 V et déchargés à une résistance R= 40 ohms (Fig. 6 : courbe 1 — pour un condensateur de capacité de 10 microfarads et courbe 2 — pour un condensateur d'une capacité de 20 microfarads).

Riz. 6. Graphiques des courants de décharge à différentes puissances

À partir des processus considérés, on peut conclure que dans un circuit avec un condensateur, le courant ne circule qu'aux moments de charge et de décharge, lorsque la tension sur les plaques change.

Cela s'explique par le fait que lorsque la tension change, la quantité de charge sur les plaques change, ce qui nécessite le mouvement des charges le long du circuit, c'est-à-dire qu'un courant électrique doit traverser le circuit. Un condensateur chargé ne laisse pas passer de courant continu car le diélectrique entre ses plaques ouvre le circuit.

Énergie du condensateur

Pendant le processus de charge, le condensateur stocke l'énergie en la recevant du générateur. Lorsqu'un condensateur est déchargé, toute l'énergie du champ électrique est convertie en énergie thermique, c'est-à-dire qu'elle va chauffer la résistance à travers laquelle le condensateur est déchargé. Plus la capacité du condensateur et la tension entre ses plaques sont élevées, plus l'énergie du champ électrique du condensateur est grande. La quantité d'énergie possédée par un condensateur de capacité C chargé à une tension U est égale à : W = Wc = CU2/2

Un exemple. Condensateur C = 10 μF chargé à la tension Uc = 500 V.Déterminez l'énergie qui sera libérée dans la force de la chaleur à la résistance à travers laquelle le condensateur est déchargé.

Répondre. Lors de la décharge, toute l'énergie stockée par le condensateur sera convertie en chaleur. Donc W = Wc = CU2/2 = (10 x 10-6 x 500) / 2 = 1,25 J.