Énergie stockée dans le condensateur

Lorsqu'un condensateur est connecté à une batterie, les charges proviennent de la batterie et sont stockées sur les plaques du condensateur. Mais ce processus de stockage d'énergie se fait progressivement.
Au début, le condensateur n'a aucune charge ou potentiel. c'est-à-dire V = 0 volts et q = 0 C.

Maintenant, au moment de la commutation, la tension complète de la batterie tension tombe sur le condensateur. Une charge positive (q) viendra à la plaque positive du condensateur, mais aucun travail n'est effectué pour que cette première charge (q) vienne à la plaque positive du condensateur depuis la batterie. Cela est dû au fait que le condensateur n'a pas sa propre tension entre ses plaques, plutôt la tension initiale est due à la batterie. La première charge génère une petite quantité de tension entre les plaques du condensateur, puis la deuxième charge positive viendra à la plaque positive du condensateur, mais sera repoussée par la première charge. Comme la batterie a une tension supérieure à celle du condensateur, cette deuxième charge sera stockée sur la plaque positive.

Dans ces conditions, un petit travail doit être effectué pour stocker la deuxième charge dans le condensateur. De même, pour la troisième charge, le même phénomène se produira. Progressivement, les charges seront stockées dans le condensateur contre les charges préalablement stockées et le petit travail effectué s'accumulera.

On ne peut pas dire que la tension du condensateur est fixe. Cela est dû au fait que la tension du condensateur n'est pas fixe dès le début. Elle atteindra sa limite maximale lorsque la capacité du condensateur sera égale à celle de la batterie.
À mesure que le stockage des charges augmente, la tension du condensateur augmente ainsi que l'énergie du condensateur.
Dans ce point de discussion, l'équation de l'énergie pour le condensateur ne peut pas être écrite comme E = V.q
À mesure que la tension augmente, le champ électrique (E) à l'intérieur du diélectrique du condensateur augmente progressivement mais dans la direction opposée, c'est-à-dire de la plaque positive à la plaque négative.

Ici, dx est la distance entre les deux plaques du condensateur.

La charge circulera de la batterie vers la plaque du condensateur jusqu'à ce que le condensateur gagne la même capacité que la batterie.
Nous devons donc calculer l'énergie du condensateur du début à la fin du chargement complet.

Supposons qu'une petite charge q est stockée sur la plaque positive du condensateur par rapport à la tension de la batterie V et un petit travail effectué est dW.
En considérant le temps total de chargement, nous pouvons écrire que,

Maintenant, nous allons examiner la perte d'énergie pendant le temps de chargement d'un condensateur par une batterie.
Comme la batterie a une tension fixe, la perte d'énergie par la batterie suit toujours l'équation W = V.q, cette équation n'est pas applicable pour le condensateur car il n'a pas de tension fixe dès le début du chargement par la batterie.
Maintenant, la charge collectée par le condensateur à partir de la batterie est

Maintenant, la charge perdue par la batterie est

Cette moitié d'énergie du montant total d'énergie va au condensateur et l'autre moitié d'énergie est automatiquement perdue par la batterie, ce qui doit toujours être gardé à l'esprit.

Source : Electrical4u.

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