Intensité à travers un condensateur

[invite2e649de0]

Bonjour, j'ai une question un peu bête : pourquoi l'intensité traversant un condensateur n'est pas toujours nulle ? Il y a bien un isolant entre les deux plaques pourtant, non ?

Merci d'avance
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[invite21348749873]

Bonjour, j'ai une question un peu bête : pourquoi l'intensité traversant un condensateur n'est pas toujours nulle ? Il y a bien un isolant entre les deux plaques pourtant, non ?

Merci d'avance

Il n'y a pas de courant d'electrons dans un condesateur.
Mais quand les plaques se chargent ( ou se déchargent), le champ electrique E entre les armatures varie avec le temps, et un courant apparait proportionnel à dE/dt
C'est le courant de déplacement de Maxwell.

[invite2e649de0]

Donc un courant, c'est pas forcément des électrons qui circulent ?

[invite21348749873]

Donc un courant, c'est pas forcément des électrons qui circulent ?

Euh...disons que generalement c'est le cas; mais dans le cas du condensateur, pour assurer la continuité du champ magnétique, on dira que tout se passe comme si un courant epsilon0. dE/dt circulait entre les armatures.
En réalité, les electrons ne se déplacent que dans le generateur, les fils de liaisons et circuits exterieurs.

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Bonjour, j'ai une question un peu bête : pourquoi l'intensité traversant un condensateur n'est pas toujours nulle ? Il y a bien un isolant entre les deux plaques pourtant, non ?

Merci d'avance

Une très bonne analogie "mécanique des fluides" du condensateur est le tuyau avec une membrane souple et imperméable en travers.
Imaginez le tuyau rempli d'eau des deux coté.
Vous pouvez pousser de l'eau d'un coté et la retrouver de l'autre, sans que de l'eau ait traversé la membrane.

En alternatif, vous aurez un courant d'eau alternatif sans que l'eau ne traverse la membrane. (elle fait juste des aller et retour)

En continu, vous aurez de l'eau tant que vous pouvez déformer la membrane. Une fois la membrane chargée, impossible de pousser plus d'eau.

Cordialement.

[invite2e649de0]

Mmm... merci à vous deux. Pour l'analogie hydraulique, j'avais essayé de trouver des trucs sur ça sur le net mais aucun document ne m'avais permis de comprendre le cas du condensateur...

"Vous pouvez pousser de l'eau d'un coté et la retrouver de l'autre, sans que de l'eau ait traversé la membrane." : Comment se représenter ça concrètement ?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je trouve que l'analogie hydraulique fonctionne très bien quand on tout comprit que qu'on n'en a plus besoin d'analogies.
Le gros défaut est que quand on coupe un fil, le courant s'arrête (ou presque) alors que quand on coupe un tuyau, l'eau coule à flots.

De même, l'analogie avec la membrane et le condensateur n'est pas très bonne, car membrane ou pas, c'est toujours de l'eau qui circule dans le condensateur. Alors que dans un condensateur ce ne sont plus des électrons mais une "chose" abstraite qu'on appelle "courant" de déplacement, mais qui ne correspond pas à un déplacement de charges ni à un courant de quelque chose dans le sens intuitif du terme.

Je crois qu'il est préférable de se passer des analogies hydrauliques, et dire que "c'est comme ça". La variation du champ électrique dans le temps a des effets identiques à celui d'un courant y compris celui de créer du champ magnétique autour. Et sans cette propriété, les ondes électromagnétiques n'existeraient pas.
Au revoir.

[stefjm]

Bonjour,

Bonjour.
Je trouve que l'analogie hydraulique fonctionne très bien quand on tout comprit que qu'on n'en a plus besoin d'analogies.

Personne ne peut jamais prétendre avoir tout compris.
Se passer d'analogie revient à s'en remettre corps et âme à un modèle, ce qui n'est guère mieux.

Le gros défaut est que quand on coupe un fil, le courant s'arrête (ou presque) alors que quand on coupe un tuyau, l'eau coule à flots.

Bizarre...
Quand je coupe un tuyau, pas une goutte ne s'échappe. Il faut croire que je suis meilleur plombier que vous.

De même, l'analogie avec la membrane et le condensateur n'est pas très bonne, car membrane ou pas, c'est toujours de l'eau qui circule dans le condensateur.

Pas d'accord!
Il n'y a pas d'eau qui circule dans la membrane, pas plus que de charge dans le diélectrique.

Alors que dans un condensateur ce ne sont plus des électrons mais une "chose" abstraite qu'on appelle "courant" de déplacement, mais qui ne correspond pas à un déplacement de charges ni à un courant de quelque chose dans le sens intuitif du terme.

Vos "choses" sont des modèles.
Une charge n'est pas plus intuitive qu'un courant.
C'est une "chose" qui décrit bien.

Je crois qu'il est préférable de se passer des analogies hydrauliques, et dire que "c'est comme ça". La variation du champ électrique dans le temps a des effets identiques à celui d'un courant y compris celui de créer du champ magnétique autour. Et sans cette propriété, les ondes électromagnétiques n'existeraient pas.

C'est limite dogmatique comme enseignement.

Cordialement.

[stefjm]

"Vous pouvez pousser de l'eau d'un coté et la retrouver de l'autre, sans que de l'eau ait traversé la membrane." : Comment se représenter ça concrètement ?

La membrane est élastique, donc elle se déforme.
L'eau pousse la membrane d'un coté et la membrane pousse l'eau de l'autre coté.

Si vous laissez le système revenir au repos, l'eau fait le parcours inverse et vous récupérez l'eau que vous aviez poussé dans le tuyau.

L'analogie marche également en terme d'énergie.

1/2 k.x^2 et 1/2 U^2/C

Cordialement.

[Tropique]

On peut aller plus loin avec cette analogie (désolé LPFR): la membrane, qui assure la ségrégation des deux fluides peut être infiniment souple, tout en continuant à assurer son rôle.
Elle pourra être repoussée bien au delà des limites des armatures, et remonter dans les conducteurs (tuyaux).
Le fluide va bel et bien circuler dans les tuyaux, tout en restant confiné de part et d'autre.
Quelle différence avec un fluide totalement libre? Pas grand chose, à part une constante d'intégration qui doit valoir 0 en définitive, sinon tout le reste est identique.
C'est l'analogue d'un condensateur de valeur quasi-infinie.
Tout cela pour dire qu'un courant de déplacement n'a pas grand chose à envier à un "vrai" courant d'électrocinétique.

[invite21348749873]

On peut aller plus loin avec cette analogie (désolé LPFR): la membrane, qui assure la ségrégation des deux fluides peut être infiniment souple, tout en continuant à assurer son rôle.
Elle pourra être repoussée bien au delà des limites des armatures, et remonter dans les conducteurs (tuyaux).
Le fluide va bel et bien circuler dans les tuyaux, tout en restant confiné de part et d'autre.
Quelle différence avec un fluide totalement libre? Pas grand chose, à part une constante d'intégration qui doit valoir 0 en définitive, sinon tout le reste est identique.
C'est l'analogue d'un condensateur de valeur quasi-infinie.
Tout cela pour dire qu'un courant de déplacement n'a pas grand chose à envier à un "vrai" courant d'électrocinétique.

Bonjour
Cette analogie ne me satisfait pas non plus; elle utilise l'idée que tout le fluide remplit le circuit, pour expliquer le passage du courant, mais dans un condensateur "réel", il ce dernier s'arrete aux plaques.
L'analogie est bonne pour expliquer comment transmettre la pression, donc la tension, mais pas pour expliquer comment faire passer le débit; peut etre qu'une analogie avec deux menbranes séparées par de l'air ou un autre fluide sera plus satisfaisante.
Cordialement

[invite6dffde4c]

On peut aller plus loin avec cette analogie (désolé LPFR): la membrane, qui assure la ségrégation des deux fluides peut être infiniment souple, tout en continuant à assurer son rôle.
Elle pourra être repoussée bien au delà des limites des armatures, et remonter dans les conducteurs (tuyaux).
Le fluide va bel et bien circuler dans les tuyaux, tout en restant confiné de part et d'autre.
Quelle différence avec un fluide totalement libre? Pas grand chose, à part une constante d'intégration qui doit valoir 0 en définitive, sinon tout le reste est identique.
C'est l'analogue d'un condensateur de valeur quasi-infinie.
Tout cela pour dire qu'un courant de déplacement n'a pas grand chose à envier à un "vrai" courant d'électrocinétique.

Bonjour.
Avec votre argumentation vous apportez de l'eau à mon moulin. Si vous prenez une surface quelconque qui coupe le circuit (en coupant ou non la membrane), le flux d'eau sera strictement le même partout.
Par contre, dans le cas d'un condensateur, si la surface coupe les conducteurs vous aurez un flux de particules chargées. Mais si la surface passe entre les armatures, le flux de particules chargés sera nul. Vous n'aurez pas du "vraie" courant de particules. Mais du "machin truc".

Et on ne peut pas, avec une membrane, imiter le "machin truc".

De toutes façons, ce qui compte n'est pas que nous aimions ou non l'analogie. Mais si elle fait comprendre des choses aux débutants.
Au revoir.

[david_champo]

Bonjour,

Je vais peut-être dire une stupidité mais est ce qu'on ne peut pas dire que l'électron qui vient occupé un niveau d'énergie sur la plaque exerce par force électrique une répulsion sur l'électron sur un même niveau ou un niveau proche de l'autre armature ? A travers le diélectrique, ce l'information du courant n'est plus le phénomène de groupe mais en lui même mais une force ... qui se propage quasi-instantanément, non ?

[invite21348749873]

Bonjour,

Je vais peut-être dire une stupidité mais est ce qu'on ne peut pas dire que l'électron qui vient occupé un niveau d'énergie sur la plaque exerce par force électrique une répulsion sur l'électron sur un même niveau ou un niveau proche de l'autre armature ? A travers le diélectrique, ce l'information du courant n'est plus le phénomène de groupe mais en lui même mais une force ... qui se propage quasi-instantanément, non ?

Bonjour
Il me semble qu'il faut se rendre compte que ce phénomène( le courant de déplacement) est prévu par la 4eme équation de Maxwell.
Ces équations décrivent la totalité des phénomenes electromagnétiques et n'ont jamais été prises en défaut; elles s'appuient sur des lois simples, comme la loi en 1/r²; pourquoi le champ est il en 1/r² et pas autrement? Ce sont des lois de l'univers qui nous entoure, c'est ainsi. Je ne sais pas si on peut aller plus loin.
Il y a peut etre une explication faisant appel à d'autres notions, mais je ne les connais pas.

[david_champo]

Bonjour,

Bonjour
Il me semble qu'il faut se rendre compte que ce phénomène( le courant de déplacement) est prévu par la 4eme équation de Maxwell.
Ces équations décrivent la totalité des phénomenes electromagnétiques et n'ont jamais été prises en défaut; elles s'appuient sur des lois simples, comme la loi en 1/r²; pourquoi le champ est il en 1/r² et pas autrement? Ce sont des lois de l'univers qui nous entoure, c'est ainsi. Je ne sais pas si on peut aller plus loin.
Il y a peut etre une explication faisant appel à d'autres notions, mais je ne les connais pas.

Donc si vous aviez à le présenter à des élèves, est-ce que vous utiliseriez l'analogie en considérant les deux membranes qui donne une "belle image" et pour introduire ensuite la 4ème équation de Maxwell ?

[stefjm]

Bonjour.
Avec votre argumentation vous apportez de l'eau à mon moulin. Si vous prenez une surface quelconque qui coupe le circuit (en coupant ou non la membrane), le flux d'eau sera strictement le même partout.

Pas si je choisis une surface dans la membrane. (épaisseur non nulle)
Il n'y a pas d'eau dans la membrane, donc pas de flux d'eau.

De toutes façons, ce qui compte n'est pas que nous aimions ou non l'analogie. Mais si elle fait comprendre des choses aux débutants.

Je suis bien d'accord.
Je serais quand même curieux de savoir ce que signifie "comprendre les choses".

A titre d'exemple, pensez-vous que je comprends des choses?

Cordialement.

[invite21348749873]

Bonjour,



Donc si vous aviez à le présenter à des élèves, est-ce que vous utiliseriez l'analogie en considérant les deux membranes qui donne une "belle image" et pour introduire ensuite la 4ème équation de Maxwell ?

L'analogie est "belle", mais elle n'a rien à voir avec le phenomene réel.
Je leur dirais plutot qu'autour du condensateur, le champ magnétique reste continu, et comme il n'est pas produit par des electrons, il faut que quelque chose le produise dans le condensateur; et Maxwell a trouvé que si ajoute Epsilon0. dE/dt à la densité electronique, ça marche.
Il vaut mieux admettre un phénomène réel dans comprendre , plutot que de comprendre une analogie qui n'a rien à voir avec le phénomène; mais ce n'est que mon avis.

[stefjm]

On peut aller plus loin avec cette analogie (désolé LPFR): la membrane, qui assure la ségrégation des deux fluides peut être infiniment souple, tout en continuant à assurer son rôle.
Elle pourra être repoussée bien au delà des limites des armatures, et remonter dans les conducteurs (tuyaux).
Le fluide va bel et bien circuler dans les tuyaux, tout en restant confiné de part et d'autre.
Quelle différence avec un fluide totalement libre? Pas grand chose, à part une constante d'intégration qui doit valoir 0 en définitive, sinon tout le reste est identique.
C'est l'analogue d'un condensateur de valeur quasi-infinie.
Tout cela pour dire qu'un courant de déplacement n'a pas grand chose à envier à un "vrai" courant d'électrocinétique.

Je plussois.
Et j'ajoute que de façon duale, une tension induite n'a pas grand chose à envier à une "vrai" tension d'électrocinétique.

La nuance est qu'elles n'existent pas en régime statique.

Si LPFR voit d'autres différences de tailles, je me ferai un plaisir de m'instruire. (Et même de changer d'avis s'il le faut)

PS : Un argument que LPFR n'aime pas (décidément...) en faveur des tensions induites et courant de déplacement est donnée par l'analyse dimensionnelle.

Cordialement.

[stefjm]

L'analogie est "belle", mais elle n'a rien à voir avec le phenomene réel.

Évidement.
Définition d'une analogie pour moi : Les équations mathématiques (ou au moins une partie) qui décrivent le phénomène et son analogue, sont les mêmes.
Comprendre l'un, c'est comprendre l'autre en transposant.

[david_champo]

Re

Je leur dirais plutot qu'autour du condensateur, le champ magnétique reste continu, et comme il n'est pas produit par des electrons, il faut que quelque chose le produise dans le condensateur; et Maxwell a trouvé que si ajoute Epsilon0. dE/dt à la densité electronique, ça marche.

C'est là où je ne vous suis plus. Comment peut-on dire qu'il y a un courant dans le condensateur ? Alors que par définition même le courant est défini comme le nombre de charges élémentaires par unité de temps traversant une surface. Il y a déplacement de charge au sein du condensateur ? Pour moi le courant n'était valable qu'aux bornes du condensateur mais n'existe pas à l'intérieur du condo. C'est où que je loupe quelque chose ?

[b@z66]

Re



C'est là où je ne vous suis plus. Comment peut-on dire qu'il y a un courant dans le condensateur ? Alors que par définition même le courant est défini comme le nombre de charges élémentaires par unité de temps traversant une surface. Il y a déplacement de charge au sein du condensateur ? Pour moi le courant n'était valable qu'aux bornes du condensateur mais n'existe pas à l'intérieur du condo. C'est où que je loupe quelque chose ?

Tout à fait, il n'y a pas de courant dans un condensateur tout simplement parce que la définition d'un courant("déplacement de charges électriques") ne peut pas s'appliquer ici. Le courant de déplacement n'est au fond qu'un manifestation ou conséquence indirecte du vrai courant(qui dit variation de E, dit variations des charges ayant créées E) pour que l'équation de Maxwell-Ampère soit vérifiée en permanence(en supposant la conservation des "vraies" charges électriques).

[b@z66]

Doublon de ma part, toutes mes excuses...

[invite6dffde4c]

Re



C'est là où je ne vous suis plus. Comment peut-on dire qu'il y a un courant dans le condensateur ? Alors que par définition même le courant est défini comme le nombre de charges élémentaires par unité de temps traversant une surface. Il y a déplacement de charge au sein du condensateur ? Pour moi le courant n'était valable qu'aux bornes du condensateur mais n'existe pas à l'intérieur du condo. C'est où que je loupe quelque chose ?

Re.
Ce qu'il arrive est que vous pouvez produire du champ magnétique avec deux "types" de courant: le "vrai", dû à des charges électriques et le "faux", dû aux variations du champ électrique et qu'on appelle "courant de déplacement". Et ce courant "faux" a le même comportement que le courant vrai, sauf sa nature.
A+

[stefjm]

Re.
Ce qu'il arrive est que vous pouvez produire du champ magnétique avec deux "types" de courant: le "vrai", dû à des charges électriques et le "faux", dû aux variations du champ électrique et qu'on appelle "courant de déplacement". Et ce courant "faux" a le même comportement que le courant vrai, sauf sa nature.
A+

Génial!
Et comme on ne connait pas la nature de la charge, on est bien avancé...

Et l'induction, c'est une "vraie" tension ou une fausse qui a le même comportement mais une "nature" différente?

[invite21348749873]

Re



C'est là où je ne vous suis plus. Comment peut-on dire qu'il y a un courant dans le condensateur ? Alors que par définition même le courant est défini comme le nombre de charges élémentaires par unité de temps traversant une surface. Il y a déplacement de charge au sein du condensateur ? Pour moi le courant n'était valable qu'aux bornes du condensateur mais n'existe pas à l'intérieur du condo. C'est où que je loupe quelque chose ?

Disons que avec des electrons en mouvement, vous créez un champ magnétique; mais il existe une autre façon de créer un champ magnétique B, c'est de creer un dE/dt; de meme que si vous créez un dB/dt, vous créez un E. Si vous ne voulez pas appeller epsilon0dE/dt une densité de courant, appellez le autrement.
Si votre question est: "par quel mécanisme cela fontionne-t-il?", ma réponse est: "je ne sais pas"

[stefjm]

Disons que avec des electrons en mouvement, vous créez un champ magnétique; mais il existe une autre façon de créer un champ magnétique B, c'est de creer un dE/dt;

Dans les grands principes, c'est un peu pareil!

On admet que des charges en mouvement donne un courant. I=Q/T

Au bornes d'un condensateur Q=C.U et E=U/L. Il est donc tout à fait normal qu'une variation de E en fonction du temps induise un courant (de déplacement).
E/T = U/(LT) = (Q/T)/(LC)

L et C étant des constantes du condensateur.

Maintenant, pour voir pourquoi il n'y a pas de courant dans le condensateur, l'analogie avec la membrane me plait bien : C'est comme si on voulait trouver un flux d'eau dans la membrane...

de meme que si vous créez un dB/dt, vous créez un E.
Si vous ne voulez pas appeller epsilon0dE/dt une densité de courant, appellez le autrement.

C'est génant d'appeler les choses par un autre nom alors qu'elles ont les mêmes propriétés.
Cela donne des discussions scabreuses sur les vrais et les faux!

Si votre question est: "par quel mécanisme cela fontionne-t-il?", ma réponse est: "je ne sais pas"

Une tentative de réponse : Par un phénomène ondulatoire. (Merci LPFR de me l'avoir soufflé.)

On retrouve la dualité onde-corpuscule dans un bête condensateur : Le courant qui amène les charges est de type corpusculaire. Celui qui "saute" d'une armature à l'autre est de type ondulatoire.

Cordialement.

[coussin]

Bonjour, j'ai une question un peu bête : pourquoi l'intensité traversant un condensateur n'est pas toujours nulle ? Il y a bien un isolant entre les deux plaques pourtant, non ?

Merci d'avance

Vous avez raison : il n'y a pas de courant électrique puisque les armatures sont séparées par un isolant.
Ce qui se passe c'est que le champ électrique créé par l'accumulation de charges sur les armatures polarise le diélectrique entre ces mêmes armatures. Cette polarisation génère un champ qui peut être modélisé par des charges et courants fictifs dits « de polarisation ».
C'est tout

[invite21348749873]

Vous avez raison : il n'y a pas de courant électrique puisque les armatures sont séparées par un isolant.
Ce qui se passe c'est que le champ électrique créé par l'accumulation de charges sur les armatures polarise le diélectrique entre ces mêmes armatures. Cette polarisation génère un champ qui peut être modélisé par des charges et courants fictifs dits « de polarisation ».
C'est tout

Bonsoir
La polarisation du dielectrique est un phénomène qui n'explique pas la circulation du courant a travers le condensateur; la polarisation du dielectrique explique seulement le changement de la valeur de la capacité.

[coussin]

Oui, j'ai été un peu vite en besogne
Je voulais dire qu'il y a bien entendu aucun courant continu pour la simple raison que bah y a un diélectrique entre les armatures.
Pour un courant alternatif, bah y a effectivement une densité volumique de courant de polarisation qui est crée dans le diélectrique. Ce sont tout simplement chaque nuage électronique de chaque atome du diélectrique qui oscillent. Voir ça comme un « vrai courant », je sais pas… C'est quand même pas pareil qu'un courant alternatif dans un conducteur. Quoique… C'est quoi l'ordre de grandeur du « libre parcours moyen » d'un électron de conduction dans un métal typique ?

[invite6dffde4c]

Oui, j'ai été un peu vite en besogne
Je voulais dire qu'il y a bien entendu aucun courant continu pour la simple raison que bah y a un diélectrique entre les armatures.
Pour un courant alternatif, bah y a effectivement une densité volumique de courant de polarisation qui est crée dans le diélectrique. Ce sont tout simplement chaque nuage électronique de chaque atome du diélectrique qui oscillent. Voir ça comme un « vrai courant », je sais pas… C'est quand même pas pareil qu'un courant alternatif dans un conducteur. Quoique… C'est quoi l'ordre de grandeur du « libre parcours moyen » d'un électron de conduction dans un métal typique ?

Re.
Vous pouvez déjà essayer de faire comprendre ce qui se passe dans un condensateur sans diélectrique. Les condensateurs avec le vide comme isolant sa existe.
A+