condensateur

ACTIVITE PHYSIQUE N7 TS 1/4 LE CONDENSATEUR

Activit physique N7

Le condensateur

Objectifs Connatre la dfinition d'un condensateur et son symbole. Savoir qu'un condensateur est un diple est capable demmagasiner ou de stocker des charges lectriques. Connatre la relation charge-tension aux bornes d'un condensateur.

Activit prparatoire Lune des proccupations des chercheurs du 18ime sicle est de stocker des charges lectriques en quantits suffisantes dans un dispositif transportable afin den faire usage pour des applications mdicales. En 1745, Leyde, ville de Hollande, le professeur Petrus Van Musschenbroek et son assistant Andreas Cunaeus, russissent accumuler et conserver des charges lectriques en utilisant une bouteille en verre, moiti remplie deau. La bouteille est entoure dune feuille mtallique. Son ouverture est obture par un bouchon de lige perc dune tige mtallique plongeant dans leau. Cest la naissance de la bouteille d e Leyde , anctre du condensateur. A la mme poque, le physicien allemand Ewald Von Kleist dcouvre aussi le principe du condensateur. La pile, quant elle, ne sera dcouverte quen 1880 par Alessandro Volta.

1. Quels sont les conducteurs et les isolants cits dans le texte ? 2. Quels porteurs de charges permettent la circulation dun courant dans un conducteur mtallique ? 3. Dans un flash dappareil photo, on utilise souvent un condensateur. Quel est selon vous le rle du condensateur ? 4. Dans la nature dans certaines circonstances, les nuages et la Terre constituent un immense condensateur. Quel

phnomne cet immense condensateur peut-il dclencher ?

1. Le diple "condensateur" son aptitude stocker les charges lectriques Constitution ; reprsentation Un condensateur est un diple constitu de deux surfaces mtalliques, appeles armatures spares par un isolant appel dilectrique ( vide, air sec, mica, alumine, ). En lectricit on reprsente le condensateur par deux traits qui symbolisent les armatures et deux bornes relies chacune une armature : lespace entre les armatures est le dilectrique.

Comportement dun condensateur lorsquil est soumis une tension constante Un gnrateur dlivrant une tension constante E est susceptible dalimenter deux branches dun circuit montes en drivation : La premire branche est lassociation en srie dun

condensateur et dune DEL, diode lectroluminescente ; La deuxime branche est lassociation srie dune rsistance et

dune lampe. Les armatures du condensateur ne portent initialement aucune charge lectrique. Fermer linterrupteur. Observer la DEL, la lampe et le voltmtre.

Observations 1. Que constatez-vous au niveau de la DEL et de la lampe ?

2. Que constatez-vous au niveau du voltmtre ? E

DEL

+

- K

-

rsistance

V

A B

uAB

lampe


Interprtation 1. Comment volue lintensit du courant lectrique dans la rsistance ? 2. Comment volue lintensit du courant dans le condensateur ? Justifier alors le qualificatif de transitoire donn au courant qui traverse le condensateur. 3. Comment volue la tension uAB aux bornes du condensateur ? 4. Le courant lectrique dtect dans la branche du condensateur peut-il traverser les armatures ? Donner un argument. 5. Que sest-il pass ncessairement au niveau des armatures ?

5bis. Schmatiser dune couleur le sens du courant dans les branches du circuit et dune autre couleur le sens de circulation des lectrons dans la branche du condensateur. 6. Quel est le signe des charges dposes sur larmature relie la borne + du gnrateur ? A la borne - ? Expliquer brivement pourquoi. 7 Indiquer sur le schma, les signes des charges places sur les deux armatures 8. Comment varie la charge qA de larmature A du condensateur ? Proposer une explication. Comparer au sens de variation de la tension. uAB . 9. Expliquer pourquoi le courant finit par sannuler. 10. En dfinitive quel rle joue le condensateur dans cette exprience ? On admettra par la suite que les charges qA et qB portes respectivement par les armatures A et B sont opposes tout instant:

qA = - qB

2. Charge et dcharge dun condensateur On a ralis le montage ci-contre. Le condensateur ne contient au dpart aucune charge sur ses armatures. On abaisse linterrupteur K en position 1 ( phase 1). Quobserve-t-on au niveau des DEL et du voltmtre ? On abaisse K en position 2 ( phase 2 ). Quobserve-t-on au niveau des DEL et du voltmtre?

R

1 2

E

+

-A

B

uAB

DEL 1 DEL 2

V

K


Interprtation 1. Pourquoi appelle-t-on la phase 1 charge du condensateur ( se rfrer au paragraphe 1 ) ?

2. Pendant la phase 2, comment varie la tension uAB ? Comment varie lintensit du courant ? 3. Le condensateur est suppos charg. Placer sur le schma, linterrupteur en position 2. Reprsenter alors sur ce schma les charges initiales des armatures, le sens du courant dans la partie de circuit concern pendant cette phase ainsi que le sens de circulation des charges lectriques. 4. Dduire de ce qui prcde lvolution de la charge qA de larmature A du condensateur. Quel nom peut-on donner la phase 2 ?

3. Y a-t-il une relation entre la charge et la tension ? Capacit dun condensateur Dans le montage ci-contre on fait dbiter un gnrateur de courant dans le condensateur, cest dire un gnrateur dlivrant une intensit constante I. Dans ce montage : un ampremtre permet de mesurer I. un voltmtre permet de suivre lvolution de la tension uAB au cours

du temps.

Mesures Linterrupteur K est ouvert au dpart et le condensateur est initialement dcharg. Dclencher le chronomtre la date t = 0 en fermant simultanment K. Noter les valeurs de la tension toutes les 10 s et noter la valeur de I. Consigner les relevs dans le tableau ci-aprs.

I = A = .. A uAB ( mV)

uAB (V) t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

qA (C) 1. Donner, en utilisant le mot dbit une signification physique de lintensit dun courant lectrique. 2. Quelle relation traduisant la dfinition de lintensit du courant existe-t-il entre I , qA et t et donner les units internationales des grandeurs mises en jeu ainsi que leurs symboles. 3. En utilisant la relation prcdente, remplir les lignes manquantes du tableau. 4. Tracer sur papier millimtr lallure de la courbe qA = f (uAB ) avec qA ( exprim en coulomb ) et uAB. ( exprim en V ). 5. Modliser la courbe par une relation simple numrique entre qA et uAB. Quelle est lunit internationale du coefficient numrique. 6. Le coefficient numrique de proportionnalit trouv est appel capacit du condensateur. Elle est exprime en farad (F) dans le systme international.

K

A

+

-

gnrateur de courant

I = cste

A B qA

V

uAB

+ + + +

- - - - I = cste


6.1 Exprimer la valeur de la capacit du condensateur utilis dans lexprience avec lunit sous-multiple adapte. 6.2 Comparer avec la valeur affiche par le constructeur :1000 F. 7. Le schma ci-contre reprsente, une date t , un condensateur, les charges q(t) et - q(t) de ses armatures ainsi que la tension u(t) ses bornes ( schma dit en convention rcepteur ), Ecrire la relation simple qui existe entre u(t), q(t) et C, capacit du condensateur (relation charge-tension pour le condensateur ) en prcisant les units internationales utilises. 8. A partir de la relation charge-tension, donner une signification physique de la capacit dun condensateur.

q(t) - q(t)

u(t)


Fiche prof Pour le gnrateur de courant Calibre 200 M

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