Facteurs affectant la capacité

Il existe trois facteurs de base dans la construction d'un condensateur qui déterminent la quantité de capacité créée. Ces facteurs dictent tous la capacité en affectant la quantité de flux de champ électrique (différence relative d'électrons entre les plaques) qui se développera pour une quantité donnée de force de champ électrique (tension entre les deux plaques) :

ESPACE ASSIETTE :Tous les autres facteurs étant égaux, une plus grande surface de plaque donne une plus grande capacité; moins de surface de plaque donne moins de capacité.

Explication : Une surface de plaque plus grande entraîne un flux de champ plus important (charge collectée sur les plaques) pour une force de champ donnée (tension à travers les plaques).

ESPACEMENT DES PLAQUES :Tous les autres facteurs étant égaux, un espacement supplémentaire des plaques donne moins de capacité ; un espacement plus étroit des plaques donne une plus grande capacité.

Explication : Un espacement plus étroit entraîne une force de champ plus importante (tension aux bornes du condensateur divisée par la distance entre les plaques), ce qui entraîne un flux de champ plus important (charge collectée sur les plaques) pour toute tension donnée appliquée aux plaques.

MATÉRIAU DIÉLECTRIQUE :Tous autres facteurs étant égaux, une permittivité plus grande du diélectrique donne une capacité plus grande; moins de permittivité du diélectrique donne moins de capacité.

Explication : Bien que ce soit compliqué à expliquer, certains matériaux s'opposent moins au flux de champ pour une quantité donnée de force de champ. Les matériaux avec une plus grande permittivité permettent plus de flux de champ (offrent moins d'opposition), et donc une plus grande charge collectée, pour une quantité donnée de force de champ (tension appliquée).

La permittivité « relative » désigne la permittivité d'un matériau, par rapport à celle d'un vide pur. Plus le nombre est grand, plus la permittivité du matériau est grande. Le verre, par exemple, avec une permittivité relative de 7, a sept fois la permittivité d'un vide pur, et par conséquent permettra l'établissement d'un flux de champ électrique sept fois plus fort que celui d'un vide, tous les autres facteurs étant égaux. Ce qui suit est un tableau répertoriant les permittivités relatives (également connues sous le nom de « constante diélectrique ») de diverses substances courantes :

Matériel

Permittivité relative (constante diélectrique) Vide1.0000Air1.0006PTFE, FEP (« Teflon »)2,0Polypropylène2,20 à 2,28Résine ABS2,4 à 3,2Polystyrène2,45 à 4,0Papier ciré2,5Huile de transformateur2,5 à 4Caoutchouc dur2,5 à 4,80Bois (chêne)3,3Silicones3. 4 à 4,3Bakélite3,5 à 6,0Quartz, fondu3,8Bois (érable)4,4Verre4,9 à 7,5Huile de ricin5,0Bois (bouleau)5,2Mica, muscovite5,0 à 8,7Mica lié au verre6,3 à 9,3Porcelaine, stéatite6,5Alumine8 .0 à 10.0Eau distillée80.0Baryum-strontium-titanite7500

Une approximation de la capacité pour toute paire de conducteurs séparés peut être trouvée avec cette formule :

Un condensateur peut être rendu variable plutôt que fixe en valeur en faisant varier l'un des facteurs physiques déterminant la capacité. Un facteur relativement facile à faire varier dans la construction d'un condensateur est celui de la surface de la plaque, ou plus exactement, la quantité de chevauchement des plaques.

La photographie suivante montre un exemple de condensateur variable utilisant un ensemble de plaques métalliques entrelacées et un entrefer comme matériau diélectrique :

Au fur et à mesure que l'arbre tourne, le degré auquel les ensembles de plaques se chevauchent varie, changeant la surface effective des plaques entre lesquelles un champ électrique concentré peut être établi. Ce condensateur particulier a une capacité de l'ordre du picofarad et trouve une utilisation dans les circuits radio.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Fiche de travail sur les condensateurs
• Feuille de travail sur la substitution algébrique des circuits électriques