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Le condensateur électrique est un dispositif passif, utilisé en électricité et en électronique, capable de stocker de l'énergie supportant un champ électrique. Il est formé par un pair de surfaces conductrices, généralement sous forme de feuilles ou de plaques, en situation d'influence totale (c'est-à-dire que toutes les lignes de champ électrique qui partent de l'une vont vers l'autre) séparées par un matériau diélectrique ou par la permittivité électrique. Les plaques, soumises à une différence de potentiel, acquièrent une certaine charge électrique, positive dans l'une d'elles et négative dans l'autre, la variation de charge totale étant nulle.
Bien que d'un point de vue physique, un condensateur ne stocke pas de charge ou de courant électrique, mais simplement de l'énergie mécanique latente, lorsqu'il est introduit dans un circuit, il se comporte en pratique comme un élément "capable" de stocker l'énergie électrique qu'il reçoit pendant la période de charge, la même énergie qui cède plus tard pendant la période de décharge.
Histoire
En octobre 1745, Ewald Georg von Kleist, de Poméranie (Allemagne), a observé que la charge électrique pouvait être stockée en connectant un générateur électrostatique à un volume d'eau à l'intérieur d'un pot, d'une bouteille ou d'une bouteille en verre au moyen d'un câble. La main et l'eau de Von Kleist agissaient comme des conducteurs et la bouteille comme un diélectrique, c'est-à-dire isolant (bien que les détails du mécanisme aient été mal identifiés à l'époque). Von Kleist a été secoué en touchant le fil par une étincelle puissante, beaucoup plus douloureuse que celle obtenue d'un générateur électrostatique, il a donc correctement déduit que la charge électrique était stockée dans cet appareil.
L'année suivante, le physicien néerlandais Pieter van Musschenbroek a inventé un condenseur similaire qui s'appelait la bouteille de Leyde (par l'Université de Leiden où il travaillait). Il a également été impressionné par la force de la décharge que ce dispositif a fournie, alors il a poursuivi en écrivant qu’il ne subirait pas une deuxième décharge dans tout le royaume de France. C'est le premier appareil électrique de l'histoire qui a servi à stocker des charges électriques simplement en le touchant, soit par la tige soit par la feuille extérieure, avec une barre préalablement chargée par frottement (effet triboélectrique) ou par induction électrostatique. Une source de tension telle qu'une batterie ou une batterie peut également être utilisée.
Daniel Gralath a été le premier à combiner plusieurs bouteilles de Leyde en parallèle formant une "batterie" pour augmenter la capacité de stockage de la cargaison. En outre, Benjamin Franklin a enquêté sur la bouteille de Leyde et a conclu en 1749 que la cargaison n'était pas stockée précisément dans l'eau, comme d'autres l'avaient supposé, mais au bord du verre. Il a également inventé le terme "batterie" (qui indique l'augmentation de puissance au moyen d'une rangée d'unités similaires, comme dans les batteries d'artillerie) qui a ensuite été appliqué aux groupes de cellules électrochimiques. Grâce à la découverte de Franklin, les bouteilles Leyde suivantes ont été fabriquées en enduisant l'intérieur et l'extérieur des pots d'une feuille de métal, laissant un espace dans la bouche pour empêcher la formation d'arcs entre les feuilles. La première unité de capacité était le « pot », équivalent à environ 1,11 nanofarads. L'inductance ou la mesure de l'opposition à un changement de courant d'un inducteur qui stocke de l'énergie en présence d'un champ magnétique a commencé à être étudiée.
Des bouteilles de Leyde ou des appareils plus puissants (utilisant des plaques de verre plates alternées avec des conducteurs en tôle) ont été utilisés jusqu'à environ 1900, lorsque l'invention de la télégraphie sans fil a créé une nouvelle demande de condensateurs (terme utilisé pour la première fois par Alessandro Volta en 1782) comme des feuilles de matériau diélectrique flexible (c'est-à-dire isolant). Un condensateur (généralement indiqué par C) était généralement constitué d'une paire de conducteurs (ou plaques) séparés par un isolant (diélectrique). La charge a été stockée à la surface des plaques de matériau conducteur, au bord en contact avec le diélectrique ou l'isolant.
Fonctionnement
La bouteille de Leyde est un appareil qui permet de stocker des charges électriques en se comportant comme un condensateur. La tige métallique et les feuilles d'étain ou d'aluminium constituent le renfort interne. L'armure externe se compose de la couche qui recouvre la bouteille. La même bouteille agit comme un matériau diélectrique (isolant) entre les deux couches du condensateur. Le nom du condenseur vient des idées du XIXe siècle sur la nature de la charge électrique qui l'assimilait à un fluide qui pouvait être stocké après condensation dans un appareil approprié, comme la bouteille de Leyde.
Expérience
Elle est développée avec une bouteille en verre, pour laquelle un morceau de papier d'aluminium est coupé pour un usage domestique. Avec elle et avec un rouleau de film photographique, la bouteille est emballée. Par la suite, un autre morceau de papier d'aluminium est placé à l'intérieur. À ce stade de l'expérience, de la colle pourrait être utilisée, mais il y a un risque que les gaz libérés à l'intérieur explosent la bouteille.
Ensuite, une perforation est effectuée dans le couvercle de la bouteille, en y introduisant une vis, et elle est fixée à l'intérieur de la bouteille avec un morceau de fil qui peut être obtenu à partir d'un trombone. Ce fil doit entrer en contact avec la feuille qui a été placée à l'intérieur avec un morceau de câble (avec plusieurs fils) et est maintenue sur le dessus de la vis ; Cette partie est connue sous le nom de "pinceau de collection". En tant que générateur, une machine Ramsden ou un tuyau en PVC frotté avec un chiffon ou un morceau de tissu est utilisé pour générer de l'électricité statique.
L'appareil est utilisé en plaçant la bouteille de Leyde sur le bord d'une table. Ensuite, la brosse de collecte doit être faite pour toucher le tube en PVC. Pendant ce temps, il glisse en frottant sur le tissu. Le fil qui sort de la bouteille de Leyde est une connexion à la terre. La bouteille peut être maintenue par la partie qui a la feuille d'aluminium et une décharge sera reçue si la feuille et la vis sont touchées.