Condensateur électrique : qu'est-ce que c'est ? Fonctions, importance et plus encore

Le monde de l'électronique a été le tremplin vers lequel la technologie avait besoin d'être propulsée. Et ce tremplin est constitué de petites pièces comme le condenseur. Dans ce curieux article, vous saurez en détail Qu'est-ce qu'un condensateur électrique ?, Les différentes fonctions qui lui sont appliquées et sa grande importance dans différents domaines.

Condensateur 1

Condenseur

Pour commencer l'étude du condensateur, nous allons d'abord expliquer qu'est-ce qu'un condensateur. C'est un composant électrique passif, c'est-à-dire qu'il ne génère pas d'électricité à lui seul, capable de stocker une charge électrique et de la restituer ultérieurement. Vous pouvez le trouver comme condensateur ou condensateur. La charge qu'il maintient à l'intérieur est un différentiel de potentiel ou de tension.

L'histoire du décompte des donateurs remonte à l'année 1745 lorsque l'Allemand Ewald Georg von Kleist réalisa que le stockage d'une charge électrique était possible. Cela est survenu à la suite d'un accident lorsqu'il a connecté un générateur électrostatique à un volume d'eau qui se trouvait à l'intérieur d'une cruche ou d'une bouteille en verre à l'aide d'un câble. Quand il a retiré le câble et mis sa main dessus.

Pas une année ne s'est écoulée lorsque le physicien néerlandais Pieter van Musschenbroek a inventé un condensateur ayant les mêmes caractéristiques. En commémoration de l'université où il travaillait, il appela ce condenseur "la bouteille de Leyde".

Condensateur 2

Comment fonctionne un condensateur ?

Voyons maintenant comment fonctionne un condensateur y à quoi sert un condensateur. Il parvient à stocker la charge électrique en utilisant deux feuilles en matériau conducteur, tel que le tantale, qui sont séparées par un matériau diélectrique, par exemple de l'air.

Avant de continuer, il est important de ne pas confondre un diélectrique avec un matériau totalement isolant. C'est-à-dire que tous les diélectriques sont des isolants, mais cela ne rend pas nécessairement tous les isolants diélectriques. Les matériaux diélectriques ont la capacité de devenir conducteurs lorsqu'ils sont soumis à une charge électrique importante et de rompre la rigidité diélectrique. Certains de ces matériaux peuvent être : la céramique, le papier, la cire, le verre, l'huile, entre autres. Les matériaux entièrement isolants sont ceux qui, quelle que soit la charge électrique soumise, ne seront pas un conducteur, par exemple le caoutchouc.

Maintenant, les plaques à l'intérieur du condensateur, alimentées par une source d'alimentation, seront chargées électriquement à parts égales mais avec des signes différents. Cela signifie qu'une charge sera positive (+ q), et l'autre charge aura la même amplitude mais avec une charge négative (-q), à ces charges égales mais de signes différents, c'est ce qu'on appelle la différence de potentiel ou de tension.

En général, dans les condensateurs, l'air, le papier, le tantale, l'aluminium et la céramique sont utilisés comme matériau diélectrique. Dans certains condensateurs, certains plastiques sont également utilisés.

La capacité de stockage d'un condensateur ou d'un condensateur est calculée dans l'unité de Farads. La gamme dans laquelle se trouvent la plupart des condensateurs électriques va du pico (pF) au micro (uF) Farads. L'équation pour calculer la capacité d'un condensateur est :

C=q/V

Où:

q = est la charge que chaque plaque stocke. Son unité est le Coulomb (C)

V = est la tension, la tension ou le différentiel de potentiel entre les deux feuilles ou conducteurs des condensateurs. Son unité est le Volt (V)

En appliquant cette formule, si nous supposons les valeurs pour la charge 1 et pour la tension 1, cela nous donnerait 1 Farad. Cependant, ce n'est qu'un exemple, car un condensateur de cette capacité n'existe pas car il serait incroyablement grand. Pour se faire une idée, il couvrirait l'espace de 1000 m2.

Maintenant, si nous voulons connaître la tension qu'un condensateur peut stocker en connaissant la charge et les Farads du condensateur, alors nous pouvons résoudre la tension de l'équation précédente :

V=q/C

Condensateur 3

Charger et décharger un condensateur

Une des caractéristiques du condensateur est que sa décharge est progressive et non immédiate. Un condensateur a une période de temps de décharge. Cette propriété permet au condensateur d'avoir d'autres applications telles que des minuteries et des filtres dans un circuit électrique.

Lorsqu'un condensateur est complètement chargé, c'est lorsqu'il laisse passer la tension. Lorsque l'alimentation est déconnectée, le condensateur commence à libérer progressivement la tension vers la charge ou l'élément qui consomme la tension.

Généralement, le condensateur est toujours précédé d'une résistance pour des raisons de protection du condensateur. Même lorsqu'un condensateur a une faible résistance interne, elle est négligeable, et si l'on ne prend pas soin de protéger le condensateur, il peut être endommagé et même exploser.

Charge du condensateur

Afin d'expliquer simplement le comportement d'un condensateur lors de la charge, nous allons utiliser l'exemple le plus utilisé pour l'illustrer :

Considérons un circuit où se trouve une source d'alimentation telle qu'une batterie, une résistance nommée R1 qui est chargée de contrôler le flux de courant qui atteindra le condensateur afin de le protéger. Aussi, un interrupteur qui permet au condensateur de se charger ou se décharger, et enfin, une résistance appelée R2 qui représentera l'appareil qui consomme le courant.

Condensateur 4

En premier lieu, nous voyons comment le commutateur est disposé de manière à ce que le condensateur soit en série avec l'alimentation et la résistance, en passant, nous devons souligner que cette résistance est appelée résistance de charge.

A ce moment, le condensateur se charge de manière contrôlée grâce à la résistance de charge. Cette combinaison de résistance et de condensateur vous permet de régler les minuteries que nous avons mentionnées précédemment. Cela est dû au fait que la résistance empêche le passage du courant librement, de sorte que le courant met plus de temps à parcourir le circuit, de sorte qu'ensuite, il traverse le condensateur, il met un certain temps à se charger.

Le temps qu'il faut pour qu'un condensateur se charge peut être calculé à l'aide de l'équation suivante :

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t1 : est le temps de charge. Son unité est la milliseconde (moi)

R1 : est la résistance de charge. Son unité est l'ohm (Ω).

C : est la capacité du condensateur. Son unité est le Farads (F)

Cette équation permet d'affirmer que plus la résistance de charge et/ou plus la capacité d'un condensateur est élevée, plus le temps de charge est long. Ce qui peut être vérifié dans le graphique suivant.

Condensateur 5

Vous pourriez vous demander ce qui se passerait si nous ne réglions pas la résistance de charge. Théoriquement, le condensateur se chargerait immédiatement. Mais, comme nous l'avons mentionné précédemment, cela n'est pas recommandé car les condensateurs ne peuvent recevoir qu'un faible courant. Si nous nous souvenons de la loi d'Ohm, nous pouvons voir que :

Je = V / R

Où:

I : est le courant. Son unité est l'Ampère (A)

V : est la tension. Son unité est le Volt (V)

R : c'est la résistance. Son unité est l'Ohm (Ω)

Si la résistance tend vers ou est égale à 0, cela impliquerait que le courant serait pratiquement infini, ou du moins très grand. Le condensateur ne peut supporter que l'alimentation à partir d'un courant plus faible. En bref, si aucun type de résistance de charge n'est placé, le condensateur peut ne pas être capable de supporter ce courant et grillera.

Supposons maintenant que le condensateur soit déjà chargé, alors que se passe-t-il ? Revenons à la loi d'Ohm, au fur et à mesure que la tension monte, et comme la valeur de la résistance est maintenue, la valeur du courant tend vers zéro.

Comme nous le savons déjà, la fonction du condensateur est de stocker la tension ou la tension. Cela signifie que lorsque le condensateur se charge, il y a une tension plus élevée à ce point. Comme la résistance ne change pas de valeur, le courant tend vers zéro. En bref, une fois qu'un condensateur est chargé, il se comporte comme un circuit ouvert ou un interrupteur qui empêche le passage du courant, bien qu'il y ait une tension ou une tension à ce point.

Décharge du condenseur

Présentons maintenant le cas inverse. Au moment où le commutateur change de position et que le condensateur est placé en série avec la résistance R2, le condensateur commencera à se décharger. Pourquoi Eh bien, parce que la résistance R2 représente la consommation du circuit, et cette résistance demandera à être alimentée lorsque le circuit dans lequel elle est fermée. Cette alimentation sera assurée par le condensateur, déchargeant la différence de potentiel qu'il a stockée.

Condensateur 6

Comme pour la recharge, le téléchargement n'est pas immédiat, mais progressif. Et comme pour la charge, l'équation pour estimer le temps de décharge est la même. Cela signifie que le temps nécessaire pour décharger le condensateur dépend de la résistance de R2 et de la capacité du condensateur. De même, ici, nous actualisons à nouveau l'équation :

t1 = 5 x R1 x C

Dónde:

t2 : est le temps de charge. Son unité est la milliseconde (ms)

R2 : est la résistance de charge. Son unité est l'ohm (Ω).

C : est la capacité du condensateur. Son unité est le Farads (F)

Ce type de circuit pourrait contrôler, par exemple, l'heure à laquelle un appareil est allumé.

Le condensateur comme filtre

Une autre application pour laquelle les condensateurs sont fréquemment utilisés est comme filtre. Ceci est possible grâce à sa caractéristique de charge et de décharge progressive, et ce phénomène est utilisé pour nettoyer les impuretés des signaux ou de l'onde électrique.

Prenons l'exemple du circuit initial, mais dans ce cas avec une alimentation en courant alternatif. Le condensateur commencera à se charger jusqu'à ce qu'il atteigne sa capacité de stockage maximale, puis le flux de courant cessera et la charge commencera à être alimentée par la tension qui existe dans le condensateur. Dès que le condensateur commence à se décharger, l'alimentation procède à la recharge du condensateur sans attendre qu'il se décharge complètement.

Cela peut être visuellement plus facile à comprendre :

Condensateur 7

Comme on peut le voir, l'onde de l'alimentation alternative est sinusoïdale et grâce à la propriété du condensateur il est possible de redresser l'onde dans une alimentation directe. Ceci est très utile pour les alimentations utilisées par exemple par les ordinateurs. Beaucoup d'appareils ne peuvent pas fonctionner en courant alternatif mais en courant continu et c'est alors que les alimentations entrent comme intermédiaire. Bien sûr, ces alimentations ont beaucoup plus de composants pour atteindre cet objectif.

 Types de condensateurs

Les condensateurs ou les condensateurs peuvent avoir différentes classifications. Ensuite, nous commencerons par classer les condensateurs selon leur type de diélectrique :

En raison de son diélectrique

Les condensateurs sont classés en fonction du diélectrique qu'ils ont. Il existe des condensateurs dits électrolytiques, ce sont ceux qui ont une polarité, c'est-à-dire qu'ils ont une borne positive ou "jambe" et une borne négative. S'ils sont connectés avec la polarité inversée, le condensateur sera endommagé.

Ces condensateurs électrolytiques, contrairement aux autres condensateurs, c'est qu'ils utilisent un liquide ionique conducteur. Ce liquide est une solution chimique, qui est généralement composée d'acide borique ou de borate de sodium avec des sucres d'éthylène glycol. Ce liquide entre en remplacement de l'une des plaques ou feuilles conductrices du condenseur.

Contrairement aux condensateurs électrolytiques, les condensateurs dont le diélectrique est l'air, la céramique, le papier ou autres, n'ont pas de polarité fixe. De plus, ils ont deux plaques à l'intérieur et aucun liquide interne.

Les deux types de condensateurs ont leurs applications, il n'a donc pas été possible de substituer les condensateurs entre eux même s'ils ont des diélectriques différents.

En résumé, il existe des condensateurs :

  • Électrolytique
  • Céramique
  • Papier
  • D'air
  • Condensateur variable

Fixe ou variable

Comme les résistances, il existe des condensateurs à capacité fixe et aussi des condensateurs dont la capacité peut être variée. Ceci est réalisé en ajustant l'écart entre leurs plaques à l'aide d'un bouton, tel qu'un potentiomètre ou une résistance variable.

Selon sa forme

Les condenseurs peuvent varier leur conception, les condenseurs existants à disques, à perles et tubulaires, comme indiqué ci-dessous respectivement.

Code des condensateurs

Il existe des condensateurs qui indiquent leur valeur de capacité au moyen d'une table de couleurs, très similaire à celle utilisée par les résistances.

Code couleur

La première couleur indique la valeur de la première, la seconde celle du deuxième chiffre, la troisième est l'exposant qui monte à 10, c'est-à-dire que 10 sera élevé au nombre que représente la troisième couleur. La quatrième couleur indique le pourcentage de variation, c'est-à-dire qu'elle peut être, par exemple, 10% de plus ou 10% à la valeur qui indique la capacité. Enfin, la cinquième couleur indique la tension ou la tension de charge. Tous ces condensateurs ont des picofarads par unité.

La valeur des couleurs se décline dans un tableau commercial qui est le suivant :

Code japonais

Il existe un autre type de code pour identifier la capacité d'un condensateur, c'est un type de code appelé code japonais ou code 101. Ce code se compose de trois chiffres qui sont visibles sur le condensateur.

Les deux premiers chiffres forment un nombre qui doit être multiplié par 10 élevé au troisième nombre, en gardant le picofarad comme unité. Par exemple:

Ce condensateur a par code les numéros 104. Donc la façon de calculer la capacité de ce condensateur est :

X 10 104 = 100000 0,1 pF = XNUMX uF

Code alphanumérique

Il existe un autre code pour identifier le matériau et la capacité d'un condensateur, qui utilise la combinaison de lettres et de chiffres. Il existe de nombreuses façons de présenter ce code qui combine des chiffres et des lettres, et elles sont tellement variées qu'il ne vaut pas vraiment la peine de les apprendre, il est donc recommandé de consulter plutôt la fiche technique du fabricant.

Condensateurs en série et en parallèle

Comme les résistances, la position des condensateurs en série ou en parallèle engendre un comportement de la capacité totale. Commençons par examiner le phénomène qui se produit lorsque les condensateurs sont en série.

Condensateurs en série

Lorsque les condensateurs sont en série, la capacité de chaque condensateur agit comme suit :

L'équation se pose :

Vt = V1 + V2

Où:

Vt : tension totale

V1 : tension du premier condensateur

V2 : tension du deuxième condensateur

Revenons à l'équation pour calculer la capacité du condensateur :

C=q/V

Où:

q = est la charge que chaque plaque stocke. Son unité est le Coulomb (C)

V = est la tension, la tension ou le différentiel de potentiel entre les deux feuilles ou conducteurs des condensateurs. Son unité est le Volt (V)

Et qu'il était possible d'effacer V de la manière suivante :

V=q/C

Maintenant, si nous remplaçons chaque V de chaque condensateur du circuit par l'expression précédente, nous obtenons cela ;

1 / C = 1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3… 1 / Cn

Condensateurs parallèles

Dans ce cas, puisque les condensateurs sont en parallèle, la tension que chaque condensateur reçoit est la même que celle de l'alimentation, il faut donc :

Vt = V1 = V2 = V3… Vn

Vt : est la tension totale ou source

V1 : Tension du premier condensateur

V2. Deuxième tension du condensateur

V3 : Tension du troisième condensateur

Encore une fois, si nous revenons à l'expression qui nous permet d'estimer la valeur de tension en fonction de la charge et de la valeur de capacité :

V=q/C

Et on procède au remplacement de chaque V de chaque condensateur du circuit par l'expression précédente, on obtient que :

C = C1 + C2 + C3… + Cn

Utilisations du condenseur

Le condensateur est l'un des composants les plus élémentaires de l'électronique. Il est presque impossible de mentionner aujourd'hui un appareil qui ne nécessite pas de condensateurs dans sa conception. Ensuite, nous mentionnerons certaines des applications les plus courantes où se trouve le condensateur.

  • Piles et mémoires : Grâce à sa capacité de stockage, il est possible de mettre plusieurs condensateurs en parallèle pour augmenter la capacité de charge.
  • Filtres: Ils sont largement utilisés dans les réseaux électriques car ils permettent d'éliminer l'ondulation et le bruit du réseau, ou dans le cas inverse, de sorte que les harmoniques générées par les réseaux électriques internes soient filtrées avant de revenir au réseau. Dans les télécommunications, sa capacité de filtrage est largement utilisée pour établir des bandes de fréquences et aussi pour réduire ou éliminer les interférences.
  • Sources d'énergie: Son comportement de charge et de décharge progressive permet la rectification des ondes, ce qui est essentiel dans les alimentations pour transformer les courants alternatifs en courants continus, car la plupart des appareils électroniques fonctionnent en interne avec du courant continu, mais le service électrique fonctionne avec du courant alternatif. C'est pourquoi les sources d'alimentation sont nécessaires au fonctionnement des équipements, et parmi les composants qui le composent, le condensateur joue un rôle irremplaçable.
  • Adaptateurs d'impédance : Les condensateurs peuvent décharger et charger de l'énergie dans des périodes de temps pratiquement négligeables, ce qui permet à la résistivité de résonner avec d'autres composants, de sorte que deux circuits ayant des impédances différentes peuvent être couplés ou travaillés ensemble.

Cependant, ce ne sont là que quelques-unes de ses quelques utilisations que nous pouvons mentionner. Les condensateurs ont des applications dans l'électronique, les grands réseaux électriques, les télécommunications et autres. De nos ordinateurs, téléphones portables, réfrigérateurs, horloges numériques, téléviseurs et de nombreuses autres inventions, ils contiennent des condensateurs à l'intérieur comme une partie essentielle de l'ensemble qui forme et donne vie aux appareils ou équipements.

Conclusions

Les applications que l'électronique a aujourd'hui sont si importantes dans notre vie quotidienne qu'il est pratiquement impossible de survivre dans un monde où elle n'existe plus. Et ce vaste monde de technologie de pointe commence dans ses fondations les plus humbles, tout comme chaque composant faisant partie de l'électronique.

C'est le cas du condensateur, un composant fait de matériaux très simples, ce qui en fait un des composants de base de l'électronique, mais c'est grâce à son comportement qu'il est impossible qu'il ne se retrouve pas dans tous les appareils électroniques qui existent .

Sans aucun doute, l'avancement de l'électronique a été un moteur fondamental qui a ouvert la voie à l'avancement des technologies dans diverses disciplines. Et même si le condenseur en lui-même n'est pas très utile lorsqu'il est associé à d'autres composants, des équipements sophistiqués tels que cartes mémoire RAM, ordinateurs, robots, drones, téléphones portables, serveurs et bien plus.


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