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Condensateur : charge par décharge d'une self

Posté par
Khwartz
20-06-14 à 01:43

Bonjour.

Je poste ici en Licence alors que j'ai un niveau 1ère, parce que j'ai peur de ne pas trouver réponse à des questions hors programme dans le forum Lycée,  et que le multipost est interdit....

J'aimerais savoir comment comment calculer la charge d'un condensateur connecté à une self que l'on vient de déconnecter d'une source de tension continue lors de la première alternance de décharge.

Je m'explique et n'hésitez pas à me corriger si vous voyez la moindre erreur conceptuelle ou de raisonnement :

On applique à une self de 1 Henry un tension de 1 volt suffisamment longtemps pour que la chute de tension aux bornes de la self se stabilise.

Cela fait on déconnecte la source de tension en même temps que l'on applique un condensateur de 1 farad.

Pouvez-vous d'abord bien me confirmer que la tension va violemment s'inverser, un peu comme la différence de pression entre entrée et sortie de pompe hydraulique si on l'arrête brutalement ? Produisant une brusque surtension ("coup de bélier" en hydraulique) ?

Pouvez-vous me confirmer aussi que normalement la tension au borne de la self, une fois déconnectée mais toujours pas reliée au condensateur, alternerait pour s'amortir progressivement ?

Sait-on d'ailleurs calculer la période de ces alternancces ? et si oui, quelle serait la formule de calcul, svp ? Ou comment en faire le graph en fonction de la tension initiale appliquée et de la valeur de son inductance ? Ou avoir un ordre d'idée de la fréquence de ces oscillations ?

Dans le cas où le condensateur est connecté à la self, si les résistances des conducteurs sont négligeables, la charge du condensateur n'est-elle pas quasi instantanée, de par la formule de la constante de temps : t = RC ?

Mais si on laisse connecté trop longtemps le condensateur à la self, la tension diminuant, le condensateur ne va-t-il pas se décharger à nouveau ? Et suivre ainsi les alternances d'amortissement de la "tension de réaction" de la self, supposées existantes ?

Cordialement.

Edit Coll : forum modifié

Posté par
J-P
re : Condensateur : charge par décharge d'une self 20-06-14 à 11:11

Citation :
On applique à une self de 1 Henry un tension de 1 volt suffisamment longtemps pour que la chute de tension aux bornes de la self se stabilise.


Ce n'est pas possible si on a une inductance pure (vue de l'esprit), lui appliquer une tension constante (1 V ici) ferait que le courant augmenterait de valeur indéfiniment (vers l'oo)

U = L.di/dt avec U = constante ---> i = (U/t)*t (et donc pour t --> +oo, i --> +oo)

Par contre, si au lieu d'une inductance pure (1 Henry), on a une bobine réelle, elle est alors équivalente à un inductance L (de 1 H) en série avec une résistance r (due à la résistance du fil de bobinage pour la plus grande part).
On peut dans ce cas appliquer à la bobine une tension constante U, le courant sera au final limité par la résistance interne de la bobine (r) à la valeur i = U/r (il faut qu'il soit limité à une valeur non dangereuse pour la bobine)

Dans ce cas, il y a une tension U = 1 V en permanence sur la bobine, mais cela revient (pour t --> +oo) à une résistance r avec 1 V à ses bornes avec une inductance L en série, avec 0 V à ses bornes mais parcourue par un courant constant i = U/r

Il est à remarquer qu'on n'a accès qu'aux 2 bornes de la bobine et qu'on ne peut donc pas mesurer directement et indépendemment la tension sur le r et sur le L, mais seulement sur l'ensemble r en série avec L.

Il est indispensable d'avoir compris ce qui précède avant de poursuivre... Et de modifier le reste des questions en tenant compte de ce qui précède.

Posté par
Khwartz
re : Condensateur : charge par décharge d'une self 22-06-14 à 05:05

Merci J-P pour votre réponse rapide, et désolé pour ma propre réponse tardive.

Oui, ce comprends très bien le fait que si pas de résistance alors l'intensité du courant pourrait croître indéfiniment. N'est-ce pas un peu comme un mobile auquel on appliquerait une force sans rien pour résister au mouvement ?

J'ai bien compris que "dans la réalité" les selfs sans résistance ça n'existe pas, sauf peut-être en supraconductivité ?


En fait, depuis, j'ai glané quelques infos, alors détrompez-moi si je les ai comprises de travers :

La fréquence d'oscillation de la self une fois déconnectée et isolée, sera sa fréquence de résonance avec sa "capacité parasite" ("résister" ne semblait pas lui suffir, il lui faut des "parasites" maintenant. ...).

Cette fréquence de mémoire doit être égale à 2.Pi (1/(L.C))^1/2.

La durée de ces oscillations va dépendre de la résistance interne je suppose donc, et de l'énergie emmagasinée dans la self, donc de la tension et du temps que cette tension sera appliquée.

Le condensateur, si connecté aussitôt après énergisation de la self, rentrera en résonance avec la self, et si l'on veut être précis, il faudra tenir compte de toutes les caractéristiques des parasites du circuit ; je veux dire "les caractéristiques parasites" résistance (de fuite, ça existe cette bête-là ?) du condensateur, et donc aussi la capacité parasite de la self.

Un condensateur du coup, est-ce que ça peu avoir une "self parasite" ? Et ai-je tout bon jusque-là ?

Merci aussi beaucoup pour votre temps et votre attention

Posté par
J-P
re : Condensateur : charge par décharge d'une self 22-06-14 à 09:53

Citation :
La fréquence d'oscillation de la self une fois déconnectée et isolée, sera sa fréquence de résonance avec sa "capacité parasite"


Juste ...
avec cependant un autre phénomène plus que possible, si la rupture du circuit est suffisamment rapide, il y aura une surtension énorme ... qui amènera très probablement un claquage de l'air soit entre les spires de la bobine, soit le long de la bobine entière.

Si pas de "claquage", alors amortissement de l'oscillation avec une constante de temps égale à r/(2.L)

On se retrouve dans le cas d'un RLC série largement décrit sur le Net.

Idem en connectant à un condensateur extérieur ... mais évidemment avec une autre valeur du C.

Et bien entendu, si on veut pousser plus loin, il faut tenir compte des "imperfections" des composants, c'est à dire par exemples :

capacité interspires de l'inductance, mais aussi perte fer (hysteresis, courant de Foucault) si la bobine est sur un circuit magnétique (fer ou ferrite ...), l'inductance série du condensateur (connexions et bobinage), mais aussi ses résistances série et parallèle (fuite), ses pertes dans l'isolant (tangente delta), inductances et capacités due au câblage du circuit et bien d'autres ...

Mais, attention, qui trop embrasse, mal étreint.

Il vaut mieux débuter en se limitant à des composants "presque parfaits", sinon tu risques vite de t'enliser.
Il ne faut jamais essayer de tout prendre en considération, il faut arriver à juger ce qui a ou non des effets négligeables sur ce qu'on veut étudier, ceci n'est déjà pas facile (et jamais sérieusement abordé en Secondaire d'ailleurs).

Posté par
J-P
re : Condensateur : charge par décharge d'une self 22-06-14 à 10:49

Dans mon message précédent, lire :

... avec une constante de temps égale à 2.L/r

Posté par
Khwartz
re : Condensateur : charge par décharge d'une self 22-06-14 à 21:57

Pas de soucis, J-P, et Merci encore pour votre aide

À noter que j'ai un CAP d'électrotechnicien obtenu par apprentissage (Meilleure note départementale) et qu'ensuite, en Seconde technique (pas celles des Lycées pro mais Lycées techniques), au 1er trimestre je résolvais les "diagrammes de Fresnel" des Terminales electrotech

D'autre part, l'électromagnétisme est LE sujet que je souhaite comprendre à fond.

J'ai pu par ailleurs aller jusqu'au court de Richard Feynman sur YouTube et adore tout ce qui a trait aux espaces vectoriels et l'isomorphie avec avec les nombres complexes pour N = 2 dimensions :p (mes connaissances conceptuelles, historiques, épistémologiques et philosophiques, en maths vont parfois osciller entre bac+1 et bac+5 mais pas du tout pour ce qui est d'une quelconque "maîtrise technique", qui reste du niveau Seconde/Première) ).  

Je suis par exemple nul pour tout ce qui des exposants en "e" lol, en particulier complexes, mais je ne suis pas pressé car j'utilise les "versors" (English speaking) à la place en électro alternatif

Ce que j'aimerais en fait, c'est d'arriver à avoir vraiment une "compréhension conceptuelle" de tout ça et pas juste être, pour reptendre le Bon Mot de Stella Baruck, la célèbre pédagogue des mathématiques : un "automath"

Merci encore pour votre aide et votre temps, je ne manquerai pas de revenir vers vous en cas de blocage

Bien cordialement.

Posté par
Khwartz
Analogie avec pompe à coup de bélier 23-06-14 à 23:55

Bonjour à nouveau J-P.

Lorsque l'on applpique un certain laps de temps la une tension à une self, j'ai cru comprendre qu'elle accumulait de l'énergie.

Lorsque que l'on coupe brutalement le circuit il y a donc surtension ("transformation" du courrant en tension).

À cette instant précis, sur un laps de temps très court peut donc être connecté un condensateur qui est ensuite très rapidement déconnecté.

Cela faisant, n'obtenons-nous pas un "réhausseur de tension" (au détriment des différentes pertes thermiques, par radiation et magnétiques ?

Ce système ne serait-il pas non plus l'analogue des pompes à coups de bélier avec réservoir d'air fermé ? Qui "transforme" une partie du débit d'eau en pression (hauteur d'eau) ?



Cordialement.



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