7.8 Types de condensateurs

 

            L'ensemble que Volta baptise condensateur en 1782 comprend deux armatures, de surface A , la plus petite des deux plaques conductrices superposées, séparées par une mince couche de vernis d'épaisseur s et de constante diélectrique Ke . Sa capacité est donc donnée par notre équation (7.6.9).

 

            Une bouteille de Leyde est un autre type de condensateur, partiellement cylindrique (les côtés de la bouteille), partiellement plan (son fond). Ses armatures, interne et externe, forment des surfaces équipotentielles, de grandeur A , séparées partout par une mince couche de verre d'épaisseur s et de constante diélectrique Ke . La capacité de la bouteille est, elle-aussi, donnée par notre équation (7.6.9).

 

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            Des nouveaux types de condensateurs voient le jour plus tard: le condensateur au papier est formé de quatre minces rubans étroits qui sont roulés pour former un cylindre, qui est ensuite placé dans une enveloppe protectrice elle-même cylindrique, munie de deux bornes conductrices, qui sont chacune en contact avec un des deux rubans, faits en aluminium, de longueur L et de largeur a , et placés entre les deux autres, faits de papier, imprégné d'huile dans certains cas, ciré dans d'autres.

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            Ces rubans de papier ne peuvent être produits avec des épaisseurs s inférieures à 6 μm; aussi les remplace-t-on quelques fois par des feuilles de plastique, dont l'épaisseur peut être réduite à 1 μm.

 

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            Les charges Q se disposent sur les deux faces des rubans conducteurs et non seulement sur une comme dans nos cas précédents, puisque le ruban de potentiel différent se retrouve des deux côtés. Aussi la surface A chargée dans ce type de condensateur est deux fois la longueur d'un des rubans conducteurs par sa largeur, soit 2 L a .

 

Un condensateur est formé de deux rubans de papier imprégné de 16 mm de largeur, 3,1 m de longueur et de 8 μm d'épaisseur, et de deux rubans d'aluminium de 15 mm de largeur et 3,1 m de longueur. Chacune des deux surfaces de juxtaposition fait 15 mm par 3,1 m, soit 4,65⋅10-2 m2. La surface totale chargée de charges d'un même type est le double, soit 0,093 m2. La capacité est alors de 0,36 μF par notre équation (7.6.9) puisque la constante diélectrique du papier imprégné est de 3,5 selon la table de la page 7.10. Sa tension de claquage est de 112 V, puisqu'elle est donnée par le produit de sa rigidité, trouvée dans la table de la page 7.7, soit 14 kV/mm, par l'épaisseur du diélectrique, soit 8 μm.

 

            L'épaisseur du diélectrique est réduite encore davantage dans le cas du condensateur électrolytique. Une mince couche d'oxyde d'aluminium, un isolant, est déposée par électrolyse sur les deux faces d'un des rubans conducteurs d'aluminium. Les rubans diélectriques du condensateur au papier sont donc remplacés par des rubans, conducteurs cette fois, faits de papier poreux imprégné d'un électrolyte, et ce sont les deux couches d'oxyde d'aluminium, excessivement minces, qui constituent le diélectrique. Le ruban portant l'oxyde d'aluminium doit être positif par rapport à l'autre sans quoi une réaction chimique détruit le condensateur.

 

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            Le condensateur au mica est inventé en 1845 par Matteui. Celui-ci empile, légèrement décalées, des minces feuilles métalliques séparées par de minces feuilles de mica. Les feuilles métalliques empilées paires sont réunies ensemble; ainsi que les feuilles métalliques impaires. Il s'ensuit que toute feuille métallique placée entre deux autres voit des charges se déposer sur ses deux surfaces. S'il y a N feuilles métalliques reliées ensemble (et donc un total de 2N feuilles empilées), il y a ( 2 N - 1 ) surfaces A sur lesquelles se déposent les charges d'un même type, surfaces éloignées de celles de signes opposés par le mica d'épaisseur s et de constante diélectrique Ke . Sa capacité, donnée par notre équation (7,6.9), devient

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            Ce condensateur peut être modifié pour faire un condensateur variable: si les armatures paires et impaires ont la forme d'un quartier de disque, et peuvent tourner ensemble les unes par rapport aux autres, l'aire de juxtaposition A , soit la surface où les plaques de signes opposés sont superposées, change de grandeur avec leur rotation. Les charges de signes opposés ne se placent en effet que sur les surfaces avoisinantes celles de signes opposés.

 

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            Les surfaces chargées, qui ne sont donc rien d'autres que les surfaces de juxtaposition, sont donc

une proportion de la surface d'un disque complet πR2 , proportion dans le rapport de l'angle θ , qu'elles sous-tendent, avec l'angle d'un tour complet, exprimé en radians.

 

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            La capacité du condensateur variable, donnée par nos équations (7.8.1) et (7.8.2),

est donc proportionnelle à l'angle θ sous-tendu par leur aire de juxtaposition.

 

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            Le condensateur céramique comprend une mince pastille de céramique D , dont la constante diélectrique est très grande, du titanate de baryum par exemple, pastille recouverte sur ses deux surfaces planes par un mince film d'argent, surfaces qui forment ses armatures A , reliées à ses bornes externes B ; le tout est enrobé par un enduit de plastique E .