Le condensateur

Un condensateur est un composant en électronique qui a la capacité de stocker de l'énergie électrique. Il stocke cette électricité en fonction de la tension qu'il reçoit et ce de manière proportionnelle.

Selon sa capacité, un condensateur reçoit un marquage signifiant sa valeur. La plupart du temps, le marquage respecte le schéma suivant XXY dans lequel la partie XX correspond à la valeur et Y à la puissance de 10 en picofarads de symbole pF. Par exemple 122 correspondra à 12 x 102 pF. Il peut aussi arrivé que l'on voit juste une valeur à deux chiffres. Il s'agit dans ce cas d'un marquage d'une valeur en microfarads de symbole µF. Pour finir, quand les condensateurs sont assez gros et laissent la place pour une inscription complète, on retrouve la valeur ainsi que son unité directement marqués sur le condensateur en question.

Le coefficient de proportionnalité entre la tension appliquée au condensateur et sa capacité est caractérisé par cette formule :

    \[ i = C \frac { \text { d } u } { \text { d } t } \]

avec :

  • i : intensité du courant électrique traversant le condensateur et exprimée en ampères de symbole A ;
  • C : capacité électrique du condensateur exprimée en farads de symbole F ;
  • u : tension électrique aux bornes du condensateur, exprimée en volts de symbole V ;
  • du/dt représente la dérivée de la tension par rapport au temps.

A quoi servent les marques sur les condensateurs ? Les marques présentes sur un condensateur indiquent sa capacité. Un peu comme les marques sur une résistance indiquent sa valeur en ohms.

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Les utilisations du condensateur

Les condensateurs sont utilisés dans de nombreux domaines. Les condensateurs peuvent être utilisés dans des installations électriques afin de "lisser" la tension d'un circuit. Dans ces conditions, le condensateur se chargera lors des pics de tension tout en se relâchant lors des baisses de tension. Cette dernière ne subissant pas de fluctuations du point de vue des appareils électriques du circuit et ainsi de leurs utilisateurs. Ils sont donc présents dans de nombreux appareils ménagers que vous possédez chez vous :

  • Plaques de cuisson ;
  • Radiateurs ;
  • Chauffe-eau ;
  • Ordinateur ;
  • Bouilloire ;
  • Sèche cheveux ;
  • Etc.

On peut utiliser les condensateurs afin de séparer deux courants qui seraient présents simultanément : le courant alternatif et le courant continu. En effet, le courant continu ne peut passer à travers un condensateur car il ne se vide que quand sa capacité maximale est atteinte et ne peut donc pas délivrer le courant de façon continu. Les condensateurs sont capables de filtrer des signaux périodiques. Par exemple, dans une radio, le condensateur peut filtrer le signal sinusoïdale périodique de la radio FM. Dans le cas des super condensateurs, il peuvent être utilisés afin de stocker de l'énergie. En effet, leur grande capacité leur permet de retenir beaucoup d'énergie, ils sont alors un peu comme des grosses batteries.

Les différents condensateurs

Les condensateurs non polarisés

Les condensateurs non polarisés sont en règle générale de petites valeurs de l'ordre du nanofarad ou microfarad. Ils sont pour la plupart en céramique et on les retrouve sur les petits circuits imprimés.

Les condensateurs polarisés

Les condensateurs que l'on appelle polarisés sont des condensateurs pour lesquels la polarité du courant électrique qui les traverse a une incidence. En effet, disposant d'une borne négative et une borne positive, ces condensateurs utilisent la technique dite électrolytique. Ces appareils demandent des précautions supplémentaires lors de leur utilisation. Pour cause, une erreur de sens de montage ou une inversion du sens du courant causera directement leur destruction qui peut avoir lieu de manière explosive et violente.

Peut-on toucher un condensateur ? Les condensateurs sont des appareils à manipuler avec précaution. Comme ils sont parfois remplis d'électricité, vous pourriez recevoir un choc violent si le condensateur venait à se décharger sur vos doigts.

Les condensateurs électrolytiques

Ce type de condensateur est utilisé lorsque l'on recherche une grande capacité de stockage ainsi qu'une grande tolérance. Lors de sa fabrication, les deux conducteurs ne sont pas isolés. C'est pourquoi ce type de condensateurs n'est pas parfait. Sa structure est assez particulière : l'un de ses conducteur est métallique tandis que l'autre est en réalité une gelée conductrice dans laquelle est inséré un petit morceau de conducteur métallique. C'est lors de sa première utilisation et qu'une tension pénètre pour la première fois dans le condensateur qu'à lieu la réaction de l'électrolyse, d'où le nom de ce type de condensateur. Cette dernière crée alors une surface isolante à la surface du métal qui baignait dans la gelée. Cependant, cette technique a un inconvénient : la condensateur oppose une certaine résistance au courant à cause du fait que la gelée n'est pas aussi bonne conductrice d'énergie électrique que le métal. Leur utilisation première est de filtrer les différents types de courants.

Les condensateurs à capacité variable

Certains condensateurs sont capables d'appliquer une capacité variable par le biais d'un bouton. Ils sont utilisés pour des utilisations en circuits RLC. Ils jouent alors le rôles de filtres réglables au besoin.

Les condensateurs synthétiques

Il existe des condensateurs fabriqués avec des matières synthétiques, principalement du plastique. A moindre coût, ils permette de découpler des signaux et de créer des filtres. En effet, ils sont utiles pour traiter des signaux très faibles car les matériaux synthétiques n'ont pas d'effet de batterie. On utilise par exemple le polystyrène ou le polyéthylène pour la fabrication de condensateurs synthétiques.

Les condensateurs au tantale

Les condensateurs au tantale se divisent en deux parties : les condensateurs au tantale à électrolyte solide et les condensateurs au tantale à électrolyte liquide. Leur différence tient dans leurs composants : le condensateur au tantale à électrolyte solide est fabriqué avec une électrode en tantale et une électrode en dioxyde de manganèse. Pour le condensateur au tantale à électrolyte liquide, il y a toujours une électrode au tantale mais la seconde est un gel conducteur. Les avantages de ces types de condensateurs sont une meilleure résistance, une résonance et une inductance amoindries. Le gel conducteur étant capable d'oxyder le tantale en cas de défaut dans l'électrode, cela confère au condensateur une capacité d'auto-cicatrisation, faisant de lui un appareil de qualité et résistance élevée. Petit inconvénient notamment, le tantale est capable de s'enflammer si il est soumis à un trop fort courant, ce qui est un risque pour les personnes qui travaillent près de lui.

Les super condensateurs

Les super condensateurs sont des condensateurs de niveau supérieur qui offrent énormément de puissance sur un laps de temps court. C'est le milieu parfait entre les condensateurs à électrolyse simples et les batteries. Ils sont formés de cellules en série-parallèle qui permettent de délivrer de grandes quantités d'énergies de manière encore plus rapide qu'une batterie traditionnelle.

Les super condensateurs sont constitués de deux électrodes en matière poreuses qui sont fabriquées avec du charbon actif additionné d'électrolyte.

Les super conducteurs ont de l'avenir dans un domaine très en vogue actuellement : les voitures électriques. Il permet de jouer le rôle de tampon entre le variateur de vitesse et les batteries de la voiture. Il par contre utilisé depuis de nombreuses années pour stocker de l'énergie et ce à l'épreuve des conditions climatiques difficiles telles que le froid ou la pluie.

Les courants

Le courant alternatif

Où trouver du courant alternatif ? Le courant alternatif est le courant délivré par les prises murales de nos habitations. Ce dernier n'est ni positif ni négatif mais alterne entre les deux, d'où son nom. La plupart du temps, avant d'être utilisé par les appareils que nous branchons à l'électricité, il est transformé à l'aide d'un transformateur en courant continu.

L'électricité est un phénomène naturel qui a commencé a être étudié dès le 16 ème siècle. L'arrivée du courant alternatif date de 1882 en France par l'invention de l'ingénieur Lucien Gaulard : le transformateur. Cela créa une véritable révolution dans l'industrie de distribution d'électricité. Comme le courant alternatif présentait plus d'avantages, il a rapidement remplacé le courant continu.

Un transformateur est un appareil censé modifier la tension et l'intensité d'un courant délivré par une source d'énergie alternative sans en changer la fréquence ou la forme.

Le courant alternatif correspond à un courant qui produit toujours de la même façon et ce sont les mêmes mécanismes qui entrent cause. Afin de créer du courant alternatif, on utilise une turbine et un alternateur. C'est également ainsi qu'il est produit dans les centrales électriques. En voici le détail :

  1. Une turbine est mise en rotation par de l'eau ou de la pression comme de la vapeur d'eau ;
  2. La turbine entraîne alors l'axe du rotor de l'alternateur sur lequel sont encrés plusieurs électroaimants ;
  3. Le courant électrique alternatif est produit par les interactions entre les électroaimants du rotor et le fil de cuivre en bobines autour du stator.

On dit d'un courant électrique alternatif qu'il est périodique et sinusoïdal. Périodique car sa tension change de sens de manière périodique en s'inversant constamment et sinusoïdal car la tension varie au cours du temps en décrivant une courbe sinusoïdale.

Le courant continu

Le courant continu est un courant électrique dont la particularité est que son intensité reste la même au fil du temps, il s'agit d'une constante.

On le retrouve également sous l'appellation CC ou DC pour "direct current" en anglais.

Production de courant continu

Il existe plusieurs dispositifs qui produisent du courant continu. On y retrouve communément des générateurs tels que :

  • Piles ;
  • Accumulateurs ;
  • Batteries ;
  • Panneaux solaires ;
  • Dynamos.

Il faut savoir également que la majeure partie du courant continu que l'on retrouve dans les appareils électriques est issue de courant alternatif redressé par un redresseur.

Quel courant est présent dans une batterie ? Le courant délivré par les batteries est toujours un courant continu. En effet,c ces dernières disposent de deux bornes ; une borne positive et une borne négative. C'est ces dernières qui gèrent la sens du courant délivré.

 

Un seul nom pour plusieurs types de courant

Le courant continu se décompose en plusieurs courants aux caractéristiques bien particulières. Le courant variable unidirectionnel : Il s'agit d'un courant dont le sens ne change pas mais dont l'amplitude varie au cours du temps. Le courant constant ou courant parfaitement continu : C'est un courant dont l'amplitude et la direction restent constants au fil du temps. Le courant ondulé lissé : Il s'agit d'un courant dont la direction reste constante mais dont l'amplitude peut être amenée à changer au cours du temps.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.