Les condensateurs ont de nombreuses applications, que ce soit dans les ordinateurs, les télévisions ou les téléphones portables. Ils se caractérisent par leur capacité, exprimée en farad (F).
➜ À quoi correspond la capacité d’un condensateur ?
Objectifs
Relier l’intensité d’un courant au débit de charges.
Illustrer l’effet de la géométrie sur la capacité.
Doc. 1
Définition de la capacité C
Un condensateur initialement déchargé est branché à un générateur de courant continu d’intensité constante I=0,50 A. La charge Q est : Q=I⋅Δt
| Q : charge du condensateur (C)
| I : intensité traversant le condensateur (A)
| Δt : durée de charge (s)
Durant la charge, on mesure la tension uC aux bornes du condensateur.
uC (V)
0,1
0,5
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
t (ms)
0,35
1,82
3,61
7,18
10,80
14,32
18,09
Q et uC sont proportionnelles, selon :
Q=C⋅uC
| C : capacité du condensateur (F)
| uC : tension aux bornes du condensateur (V)
Doc. 2
Condensateur « fait maison »
Il est possible de fabriquer soi-même un condensateur.
Pour cela, il faut découper deux feuilles d’aluminium au format A4, les introduire dans des pochettes plastiques, les connecter à l’aide de pinces crocodiles et les positionner l’une sur l’autre.
Doc. 3
Influence du milieu entre les plaques
On mesure la capacité C pour différents matériaux compris entre des armatures de surface S=10 cm2, distantes d’une longueur e=1,0 cm.
Matériau
Vide
Téflon
Polypropylène
Verre
Eau
Capacité C (pF)
0,35
1,82
3,61
7,18
10,80
Doc. 4
Influence de e et S sur la capacité
Pour une surface des armatures S=10 cm2
e (cm)
0,1
0,2
0,5
1,0
5,0
C (pF)
8,8
4,4
1,8
0,9
0,3
Pour une distance entre armatures e=1 cm :
S (cm2)
1
5
10
40
100
C (pF)
0,09
0,4
0,9
3,5
8,9
Supplément numérique
Manipulez un condensateur virtuel en cliquant ici.
Compétences
✔VAL : Exploiter un ensemble de mesures
Questions
1. À l’aide des données fournies dans le doc. 1, déterminer la valeur de la capacité C.
2. À partir des doc. 3 et 4, étudier la relation entre les caractéristiques géométriques du condensateur et sa capacité. Repérer notamment les relations de proportionnalité.
Synthèse de l'activité
Proposer des modifications du condensateur du doc. 2 pour augmenter sa capacité C.
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