Comment la surface des plaques, l'espacement et le diélectrique déterminent la capacitance

La capacitance est régie par trois paramètres physiques fondamentaux d'un condensateur : surface des plaques, espacement des plaques, et permittivité du diélectrique. Ces facteurs dictent combien de flux de champ électrique — essentiellement la charge stockable — se développe pour une tension donnée aux bornes des plaques.

Surface des plaques

Toutes choses égales par ailleurs, une plus grande surface de plaques donne une capacitance plus élevée, tandis qu'une surface plus petite la réduit. C'est parce qu'une surface plus grande peut collecter plus de charge pour la même intensité de champ électrique.

Espacement des plaques

Quand les plaques sont rapprochées, l'intensité du champ électrique (tension divisée par distance) augmente, ce qui augmente à son tour la charge stockée et donc la capacitance. Augmenter l'écart fait l'effet inverse.

Matériau diélectrique

Les matériaux avec une permittivité relative plus élevée (constante diélectrique) permettent une plus grande quantité de flux de champ électrique pour la même tension appliquée. Conséquemment, un condensateur utilisant un diélectrique à haut k aura une capacitance plus grande qu'un autre utilisant un matériau à bas k sous des conditions géométriques identiques.

La permittivité relative est le rapport de la permittivité d'un matériau à celle du vide. Par exemple, le verre, avec une permittivité relative de 7, permet un flux de champ électrique sept fois plus fort que le vide, tous les autres facteurs étant égaux.

Matériau	Permittivité relative (Constante diélectrique)
Vide	1,0000
Air	1,0006
PTFE, FEP (« Teflon »)	2,0
Polypropylène	2,20 à 2,28
Résine ABS	2,4 à 3,2
Polystyrène	2,45 à 4,0
Papier ciré	2,5
Huile de transformateur	2,5 à 4
Caoutchouc dur	2,5 à 4,80
Bois (Chêne)	3,3
Silicones	3,4 à 4,3
Bakélite	3,5 à 6,0
Quartz, fondu	3,8
Bois (Érable)	4,4
Verre	4,9 à 7,5
Huile de ricin	5,0
Bois (Bouleau)	5,2
Mica, muscovite	5,0 à 8,7
Mica lié au verre	6,3 à 9,3
Porcelaine, Stéatite	6,5
Alumine	8,0 à 10,0
Eau distillée	80,0
Titinate de baryum-strontium	7500

Pour une paire de conducteurs séparés par un diélectrique uniforme, la capacitance peut être estimée avec la formule suivante :

Condensateurs variables

La capacitance peut être rendue réglable en ajustant l'un des paramètres ci-dessus. Une approche courante consiste à faire varier le chevauchement effectif des plaques. L'image ci-dessous montre un condensateur variable typique utilisant des plaques métalliques entrelacées et un espace d'air. La rotation de l'arbre change la surface de chevauchement, ajustant ainsi la capacitance dans la gamme des picofarads — une configuration fréquemment employée dans les circuits radiofréquence.

Fiches d'exercices associées

• Fiche : Condensateurs
• Fiche : Substitution algébrique pour circuits électriques