Condensateurs et principes du courant électrique

Le condensateur et la capacité

Un condensateur est un dispositif capable de stocker la charge électrique et l'énergie.

Capacité : c'est une propriété associée à chaque condensateur qui mesure la capacité de stockage de la charge électrique lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à ses armatures. La capacité dépend de plusieurs facteurs : la distance entre les conducteurs, la taille des conducteurs, la tension entre eux et le diélectrique qui se trouve entre les objets.

Le diélectrique

Le diélectrique est un matériau isolant placé entre les plaques du condensateur. Les effets d'un diélectrique dans un condensateur sont :

1. Augmentation de la capacité du condensateur.
2. Amélioration de la rigidité mécanique de la structure physique du condensateur.
3. Diminution de la tension aux bornes des plaques du condensateur, produisant une diminution de ce champ électrique.

Résistance diélectrique

C'est le champ maximum qui peut être appliqué au condensateur sans provoquer de panne électrique.

L'énergie est stockée dans les plaques d'un condensateur ; toucher les plaques provoque une décharge qui a lieu à travers notre corps.

Associations de condensateurs

Condensateurs en parallèle : deux plaques sont reliées à la borne positive de la batterie, tandis que les deux autres sont reliées à la borne négative. La charge reçue par deux ou plusieurs condensateurs est partagée entre eux, de sorte que la charge totale est la somme des charges. La tension est la même dans chacun des condensateurs.

Condensateurs en série : ils sont connectés les uns après les autres. La charge du condensateur est la même pour chacun de ceux qui sont impliqués. La tension appliquée est divisée de sorte que V = V1 + V2.

Action du diélectrique

En plaçant un diélectrique entre les plaques d'un condensateur : les molécules polaires d'un diélectrique sont orientées de façon aléatoire. Lorsqu'il est introduit entre les plaques d'un condensateur auquel est appliqué un champ électrique, les molécules ont tendance à s'aligner dans la direction du champ et le diélectrique est polarisé. Cela crée en son sein un champ électrique moins intense que celui appliqué en sens inverse.

Le courant électrique

Le courant électrique est un flux de charges électriques.

Effets du courant électrique

• a) Lumineux : il a lieu lorsque le courant traversant un élément conducteur provoque une élévation de température qui, à son tour, conduit à la production de lumière visible.
• b) Chauffage : le passage de charges électriques génère de la chaleur de manière significative dans un matériau conducteur. On le retrouve dans certains appareils spécifiques tels que les grille-pain, les fers à repasser ou les chauffages.
• c) Chimiques : la décomposition de la solution d'électrolyte dans les piles ou les revêtements métalliques tels que le chrome sont d'importantes applications des courants électriques.
• d) Magnétique : tout déplacement de charges électriques est associé à un effet magnétique. Une application importante de cet effet se trouve dans les électro-aimants utilisés pour soulever des objets lourds en métaux.
• e) Dynamique : l'interaction du courant électrique avec des champs magnétiques donne lieu à des mouvements mécaniques.

Sources d'énergie électrique

• a) Thermoélectricité : lorsque vous avez de grandes quantités de chaleur, l'électricité peut être obtenue à l'aide de centrales thermiques à vapeur.
• b) La piézoélectricité : certains matériaux non-conducteurs ont la propriété de produire une tension entre les surfaces où une contrainte mécanique est appliquée (cristaux, microphones).
• c) L'effet photoélectrique : il fait référence à l'émission d'électrons à partir d'une surface métallique à la suite d'un faisceau de lumière incidente sur la surface.
• d) Action chimique (piles) : les piles sont des dispositifs qui convertissent l'énergie chimique en énergie électrique.
• e) Action magnétique : lorsqu'il y a une interaction entre un circuit électrique fermé et un champ magnétique en mouvement, il est possible de générer un courant électrique.

Vitesse et types de courants

La vitesse de dérive est la vitesse de déplacement arbitraire des électrons dans un conducteur en l'absence de potentiel électrique.

Courants constants : lorsque le champ est uniforme, sa magnitude et sa direction sont constantes à l'intérieur du conducteur.

Courant variable : il est créé par un champ électrique qui varie avec le temps.

Courant alternatif : le sens du champ électrique s'inverse périodiquement à des intervalles de temps réguliers.