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Calcul des charges finales de condensateurs

Posté par
stupidmachine
29-01-15 à 16:29

Bonjour à tous,

je suis bloqué sur un petit exercice où il faut calculer les charges finales des trois condensateurs c1, c2 et c3 (de capacités respectives c1, c2 et c3).

L'interrupteur est d'abord branché vers la gauche, le premier condensateur est donc chargé (charge = c1*V0), puis on tourne l'interrupteur vers la droite, sachant que c2 et c3 sont initialement déchargés.

Je n'ai pas besoin d'une solution détaillée, juste une idée générale de comment procéder. J'imagine que la charge totale sera conservée, juste dispersée dans les condensateurs, mais je n'arrive pas à trouver la charge qu'il y aura dans chaque condensateur à la fin.

Merci d'avance

Calcul des charges finales de condensateurs

Posté par
Aragorn
re : Calcul des charges finales de condensateurs 29-01-15 à 18:21

Bonsoir
Si on appelle V la tension finale aux bornes de C1 et Ceq le condensateur équivalent à C2 et C3 en série, on a (conservation de la charge) :
C1 V0 = C1 V + Ceq V
On peut calculer V donc Q1 = C1 V.
Les condensateurs C2 et C3 ont la même charge.

Posté par
stupidmachine
re : Calcul des charges finales de condensateurs 29-01-15 à 19:34

Merci beaucoup. J'ai juste encore une question.

Pour q1 (charge finale de c1), je trouve une (bonne) réponse, idem pour qeq (charge finale de Ceq). Mais est-ce que q2 et q3 seront égales à qeq ou à qeq/2 ?

Parce que si q2 = q3 = qeq, alors q1 + q2 + q3 > C1*V0
(charge non conservée)

Et si  q2 = q3 = qeq/2, alors q2/C2 + q3/C3 = V/2 (et non V)
(tension incorrecte)

Je pense que la bonne réponse est q2 = q3 = qeq, mais du coup pourquoi est-ce que la charge initiale n'est pas égale à la somme des charges finales des trois condensateurs?

Posté par
Aragorn
re : Calcul des charges finales de condensateurs 29-01-15 à 20:34

Je trouve
charge de C1 :  \Large Q_1\,=\,\frac{C_1^2\,\left(C_2+C_3\right)}{C_1C_2+C_1C_3+C_2C_3}\,V_0

charge de C2 et C3 :  \Large Q_2\,=\,Q_3\,=\,\frac{C_1C_2C_3}{C_1C_2+C_1C_3+C_2C_3}\,V_0

Mais il ne faut compter Q2 et Q3 qu'une seule fois parce qu'ils sont en série.
\Large Q_1\,+\,Q_2\,=\,\frac{C_1^2\,\left(C_2+C_3\right)}{C_1C_2+C_1C_3+C_2C_3}\,V_0\,+\,\frac{C_1C_2C_3}{C_1C_2+C_1C_3+C_2C_3}\,V_0\,=\,C_1\,V_0

Mais les tensions sur C2 et C3 ne sont pas les mêmes. On peut les calculer mais ce n'est pas demandé apparemment...

Posté par
J-P
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 13:15

La question (hors sujet) suivante pourrait être :

Calculer l'énergie initiale contenue dans C1 (soit E1)

et calculer la somme des énergies finales contenues dans C1, C2 et C3 (soit E2)

On pourra constater que E2 < E1

La question est alors :

Où a donc "disparu" l'énergie ?

Posté par
stupidmachine
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 14:03

Merci pour les calculs Aragorn. Je trouve pareil. Donc quand on parle de "conservation de la charge", on ne compte qu'une fois plusieurs condensateurs en série.

Intéressant ça J-P, j'imagine que c'est le même "paradoxe" que celui discuté ici:

Posté par
J-P
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 14:25

Oui, c'est le même "paradoxe".

Mais il n'est pas utile de chercher des difficultés comme dans certains des liens mentionnés, il existe une approche très simple.

Posté par
stupidmachine
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 14:54

Je répondrais qu'une partie de l'énergie est dissipée dans la résistance qui relie les condensateurs (même si elle tend vers 0), comme expliqué sur le lien, mais je n'ai pas l'impression que c'est la réponse que tu attends. ^^

Posté par
J-P
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 16:12

Si, cela me convient.
Les difficultés dont je parlais sont dans des messages plus loin du lien.

Voir par exemple ici, pour montrer que je suis d'accord avec l'énergie dissipée dans R ... même si R --> 0.  : (Lien cassé)

Posté par
stupidmachine
re : Calcul des charges finales de condensateurs 30-01-15 à 22:31

Citation :
Voir par exemple ici, pour montrer que je suis d'accord avec l'énergie dissipée dans R ... même si R --> 0. : (Lien cassé)


Ok merci, super bien expliqué !



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