Comment un condensateur bloque-t-il le courant continu?

Je pense que cela aiderait à comprendre comment un condensateur bloque le courant continu (courant continu) tout en autorisant le courant alternatif (courant alternatif).

Commençons par la source la plus simple de courant continu, une batterie:

Lorsque cette pile est utilisée pour alimenter quelque chose, électrons sont attirés dans le + côté de la batterie et repoussé le – côté.

Attachez quelques fils à la batterie:

Il ny a toujours pas de circuit complet ici (les fils ne vont nulle part), donc il ny a pas de courant.

Mais cela ne veut pas dire quil ny avait aucun flux de courant. Vous voyez, les atomes du fil de cuivre métallique sont constitués dun noyau datomes de cuivre, entouré de leurs électrons. Il peut être utile de considérer le fil de cuivre comme des ions cuivre positifs, avec des électrons flottant autour:

Remarque: Jutilise le symbole e ^– pour représenter un électron

Dans un métal, il est très facile de pousser les électrons. Dans notre cas, nous avons une batterie attachée. Il est capable daspirer quelques électrons du fil:

Le fil attaché au côté positif de la batterie a des électrons aspirés . Ces électrons sont ensuite poussés du côté négatif de la batterie dans le fil attaché au côté négatif.

Il est important de noter que la batterie ne peut pas éliminer tous les électrons. Les électrons sont généralement attirés par les ions positifs quils laissent derrière eux; il est donc difficile de supprimer tous les électrons.

À la fin, notre fil rouge aura une légère charge positive (car il manque des électrons), et le fil noir aura une légère charge négative (car il a des électrons supplémentaires).

Donc, lorsque vous connectez la batterie pour la première fois à ces fils, seul un un petit bit de courant circulera. La batterie ne peut pas déplacer de très nombreux électrons, donc le courant circule très brièvement, puis s’arrête.

Si vous avez déconnecté la batterie, lavez retournée et reconnectée: les électrons du fil noir seraient aspirés dans la batterie et poussés dans le fil rouge. Une fois de plus, il ny aurait quune infime quantité de courant, puis cela sarrêterait.

Le problème avec lutilisation de seulement deux fils est que nous navons pas beaucoup délectrons à pousser. Ce dont nous avons besoin, cest dune grande réserve délectrons avec laquelle jouer – un gros morceau de métal. Cest ce quest un condensateur: un gros morceau de métal attaché aux extrémités de chaque fil.

Avec ce gros morceau de métal, il y a beaucoup plus délectrons que nous pouvons facilement déplacer. Maintenant, le  » positif « peut avoir beaucoup plus délectrons aspirés, et le côté » négatif « peut avoir beaucoup plus délectrons poussés dedans:

Donc, si vous appliquez une source de courant alternatif à un condensateur, une partie de ce courant sera autorisée à circuler, mais après un certain temps, il fonctionnera il ny a plus délectrons à pousser et le flux sarrêtera. Cest une chance pour la source CA, car elle sinverse alors et le courant est autorisé à circuler à nouveau.

Mais pourquoi un condensateur évalué en volts CC

Un condensateur nest pas seulement deux morceaux de métal. Une autre caractéristique de conception du condensateur est quil utilise deux morceaux de métal très proches lun de lautre (imaginez une couche de papier ciré prise en sandwich entre deux feuilles de papier daluminium).

La raison pour laquelle ils utilisent des « feuilles détain » séparées par du « papier ciré » est parce quils veulent que les électrons négatifs soient très proches des « trous » positifs quils ont laissés derrière eux. Cela provoque lattrait des électrons vers les « trous » positifs:

Parce que les électrons sont négatifs , et les « trous » sont positifs, les électrons sont attirés vers les trous. Cela oblige les électrons à y rester. Vous pouvez maintenant retirer la batterie et le condensateur maintiendra cette charge.

Cest pourquoi un condensateur peut stocker une charge; les électrons sont attirés par les trous quils ont laissés derrière eux.

Mais ce papier ciré nest pas un isolant parfait, il va permettre quelques fuites. Mais le vrai problème survient si vous avez trop d’électrons empilés. Le champ électrique entre les deux «  plaques  » du condensateur peut en fait devenir si intense quil provoque une panne du papier ciré, endommageant définitivement le condensateur:

En réalité, un condensateur nest pas fait de feuille détain et de papier ciré (plus); ils utilisent de meilleurs matériaux. Mais il reste un point, un  » voltage « , où lisolant entre les deux plaques parallèles tombe en panne, détruisant lappareil. Il sagit du maximum nominal du condensateur DC voltage.

Commentaires

• +1 Une excellente explication, des images et une construction sur des exemples.
• +1. Lune des meilleures explications que jai ‘ jamais lues sur les condensateurs.
• Une bonne explication mais elle ne le fait ‘ t répondez directement à la question de OP ‘: Avec AC, vous avez une variation instantanée de la tension. À chaque point de londe alternative, la tension varie et lorsque vous avez un condensateur dans le ckt, ce changement / variation de tension peut être transmis à travers le diélectrique de lautre côté / plat via un champ électrique dintensité variable. Par conséquent, le courant circule dans le circuit même si le diélectrique est un isolant du flux délectrons.
• vous devez penser à cela en termes dondes avec des électrons / polarisation moléculaire agissant comme un moyen / milieu pour les ondes.
• Les condensateurs @Fennekin ne permettent pas au courant continu de circuler, quils soient seuls, connectés en série ou connectés en parallèle. Mais, encore une fois, que ‘ est en régime permanent. Il y aura toujours une ruée initiale de certains courants; sils sont connectés en série, en parallèle ou seuls.

Voyons si je peux ajouter une perspective de plus sur les 3 autres réponses.

Les condensateurs agissent comme un court-circuit aux hautes fréquences et un ouvert aux basses fréquences.

Voici donc deux cas:

Condensateur en série avec le signal

Dans cette situation, AC est capable de passer, mais DC est bloqué. Ceci est communément appelé un condensateur de couplage.

Condensateur en parallèle avec le signal

Dans cette situation, DC est capable de passer, mais AC est court-circuité à la masse, ce qui le bloque. Ceci est communément appelé un condensateur de découplage.

Quest-ce que le courant alternatif?

Jai utilisé les termes « High Freq » et « Low Freq » de manière assez vague car ils nont pas vraiment de nombres associés. Je lai fait parce que ce qui est considéré comme faible et élevé dépend de ce qui se passe dans le reste de la circuit. Si vous souhaitez en savoir plus à ce sujet, vous pouvez consulter les filtres passe-bas sur Wikipedia ou sur certains de nos RC filter questions.

Tension nominale

La tension que vous voyez avec les condensateurs est la tension maximale que vous pouvez appliquer en toute sécurité au condensateur avant de commencer à courir le risque de panne physique du condensateur. Parfois, cela se produit comme une explosion, parfois un incendie, ou parfois simplement surchauffe.

Commentaires

• Kellen, japprécie votre utilisation des images, mais je m manque une réponse à la question comment le plafond bloque DC. Vous dites simplement que oui.
• @Stevenvh Jai senti que la confusion que lOP avait ne concernait pas la physique de la façon dont il bloque DC, mais plutôt pourquoi il est utilisé sil bloque DC. De plus, je pensais que votre réponse expliquait assez bien cette partie à un niveau plus physique et je ne pensais pas ‘ que je pourrais expliquer cette partie mieux que vous.

Lexplication est dans le fait que des charges opposées sattirent. Un condensateur est une construction compacte de 2 plaques conductrices séparées par un isolant très mince. Si vous mettez DC dessus, un côté sera chargé positivement et lautre négativement. Les deux charges sattirent mais ne peuvent pas passer la barrière isolante. Il ny a pas de courant. Cest donc la fin de lhistoire pour DC.
Pour AC, cest différent. Un côté sera successivement chargé positivement et négativement, et attirera des charges négatives et positives resp. Ainsi, les changements dun côté de la barrière provoquent des changements de lautre côté, de sorte quil apparaît que les charges franchissent la barrière, et ce courant circule efficacement à travers le condensateur.

Un condensateur chargé est toujours chargé en courant continu, cest-à-dire quun côté a les charges positives et lautre côté les charges négatives. Ces charges sont un stockage dénergie électrique , qui est nécessaire dans de nombreux circuits.

La tension maximale est déterminé par la barrière isolante. Au-dessus dune certaine tension, il se cassera et créera un court-circuit. Cela peut arriver sous DC mais aussi sous AC.

Une façon simple dy penser est quun condensateur série bloque DC, tandis quun condensateur parallèle aide à maintenir une tension constante.

Il sagit en fait de deux applications du même comportement – un condensateur réagit pour essayer de maintenir la tension à travers lui-même constante. Dans le cas de la série, il est tout à fait heureux de supprimer une différence de tension constante, mais tout changement brusque dun côté sera transmis à lautre pour maintenir la différence de tension constante. Dans le cas parallèle, tout changement brusque de tension sera a réagi à.

Commentaires

• belle réponse simple, bravo

Ce nest pas une réponse très technique, mais cest une explication graphique que je trouve très drôle et simple:

Commentaires

• Oui, bien, mais vous ‘ obtiendrez en difficulté si vous essayez réellement dexpliquer ce chemin AC! 🙂
• @stevenvh ouais, bien sûr que je le sais ‘ cest un peu stupide, mais je ‘ ve toujours trouvé intelligent 🙂
• Cest une réponse étrange: D: D: D: D: D
• En fait, cela ma beaucoup aidé à comprendre clairement ce quest un condensateur. Merci!

La quantité de charge qui se développe sur les plaques dun condensateur avec une tension donnée à ses bornes est régi par la formule:

\ $ Q = C \ fois V \ $ (charge = capacité * tension)

Différenciation des deux côtés (le courant est la dérivée temporelle de charge), donne:

\ $ I = C \ times \ dfrac {dV} {dt} \ $ (current = capacitance * le taux de changement de tension)

Tension DC équivaut à dire \ $ \ dfrac {dV} {dt} = 0 \ $.

Donc, un condensateur ne permet à aucun courant de passer « à travers » pour une tension continue (cest-à-dire quil bloque le courant continu).

La tension aux bornes des plaques dun condensateur doit également changer de manière continue, les condensateurs ont donc pour effet de « maintenir » une tension une fois quils y sont chargés, jusquà ce que la tension peut être déchargée par une résistance. Une utilisation très courante des condensateurs est donc de stabiliser les tensions de rail et de découpler les rails de la terre.

La tension nominale correspond à la tension que vous pouvez appliquer sur les plaques avant que les forces électrostatiques ne décomposent les propriétés du matériau du matériau diélectrique entre les plaques le rendant cassé comme un condensateur :).

Ma réponse à de telles questions est toujours « eau « . Leau circulant dans les tuyaux est une analogie étonnamment précise pour le courant circulant dans les fils. Le courant est la quantité deau qui coule dans un tuyau. La différence de tension devient la différence de pression deau. Les tuyaux sont censés reposer à plat, de sorte que la gravité ne joue aucun rôle.

Dans une telle analogie, une batterie est une pompe à eau et un condensateur est un membrane en caoutchouc qui bloque complètement le tuyau. DC est de leau qui coule constamment dans une direction à travers un tuyau. Le courant alternatif est de leau qui circule tout le temps dans les deux sens.

Dans cet esprit, il devrait être évident quun condensateur bloque le courant continu: puisque la membrane ne peut sétirer que jusquà présent, leau ne peut pas continuer à circuler dans la même direction. Il y aura un peu de débit pendant que la membrane sétire (cest-à-dire que le condensateur se charge), mais à un moment donné, elle sétire suffisamment pour équilibrer complètement la pression de leau, bloquant ainsi tout débit supplémentaire.

Il devient également évident quun condensateur ne bloquera pas complètement le courant alternatif, mais cela dépend des propriétés de la membrane.Si la membrane est suffisamment extensible (capacité élevée), elle ne posera aucun problème à leau qui circule rapidement dans les deux sens. Si la membrane est vraiment assez rigide (par exemple une fine feuille de plastique), cela correspond à une faible capacité, et si leau circule lentement dans les deux sens, un tel écoulement sera bloqué, mais des oscillations à très haute fréquence le traverseront.

Cette analogie m’a été si exceptionnellement utile que je me demande vraiment pourquoi elle n’est pas utilisée plus largement.

Commentaires

• Un ami ma aidé à comprendre pourquoi cette analogie nest pas utilisée plus largement: apparemment, il a aussi peu dintuition pour le débit deau dans les tuyaux que pour le courant dans les fils!

Tout dabord, un condensateur bloque le courant continu et a une impédance inférieure au courant alternatif, tandis quun inducteur a tendance à bloquer le courant alternatif tout en passant le courant continu très facilement. En « bloquant », signifie quil offre une impédance élevée au signal dont nous parlons.

Tout dabord, cependant, nous devons définir quelques termes pour expliquer cela. Vous savez ce quest la résistance, non? La résistance est lopposition au flux de courant qui se traduit par la combustion de puissance, mesurée en watts. Peu importe que le courant soit alternatif ou continu, la puissance dissipée par une résistance parfaite est la même pour les deux.

La résistance est donc une sorte d « impédance » au flux de courant. Il y en a 2 autres – «réactance inductive» et «réactance capacitive». Les deux sont également mesurés en ohms, comme la résistance, mais les deux sont différents en ce que, dune part, ils varient avec la fréquence, et dautre part, ils ne consomment pas réellement dénergie comme une résistance. Donc, tous ensemble, il y en a 3 types dimpédance – résistive, inductive et capacitive.

La quantité de blocage ou dimpédance des inducteurs en ohms peut être déterminée par:

$$ X_L = 2 \ pi fL $$

Où 2pi est denviron 6,28, f est la fréquence (AC, évidemment) dun signal, L est linductance mesurée en henries, et où « X sub L » est la réactance inductive en ohms.

La réactance inductive est limpédance dun composant due à linductance; cest une sorte de résistance, mais ne brûle pas réellement de puissance en watts comme le fait une résistance, et comme « f » pour la fréquence doit être fournie, la valeur de celui-ci varie avec la fréquence pour une inductance donnée.

Notez que lorsque la fréquence augmente, limpédance (résistance CA) en ohms augmente également. Et notez que si la fréquence est égale à zéro, il en va de même pour limpédance – une fréquence de zéro signifie CC, de sorte que les inducteurs nont pratiquement aucune résistance au flux de courant CC. Et à mesure que la fréquence augmente, limpédance augmente également.

Les condensateurs sont le contraire – la formule de la réactance capacitive est

$$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi fC} $$

Ici, C est la capacité du capuchon en farads, « 2pi » et « f » sont les mêmes que ci-dessus, et « X-sub-C » est la réactance capacitive en ohms . Notez quici, la réactance est « un divisé par » la fréquence et la capacité – cela se traduit par des valeurs dimpédance qui diminuent avec la fréquence et la capacité. Donc, si la fréquence est élevée, limpédance sera faible, et si la fréquence est proche de zéro, qui est DC, limpédance sera presque infinie – en dautres termes, les condensateurs bloquent DC, mais passent AC, et plus la fréquence de le signal AC, moins l’impédance est faible.

Je vais choisir la réponse qualitative la plus courte approche à distance:

Un condensateur sur les rails CC est là, en effet, pour court-circuiter tous les signaux CA qui pourraient autrement entrer sur les rails dalimentation, donc la quantité de CA à travers votre CC circuit est réduit.

La tension nominale sur un capuchon est la tension maximale (somme du courant continu et de tout courant alternatif présent!) que le capuchon devrait voir. Dépasser cette tension et le le plafond échouera.