Question:
Pourquoi un condensateur crée-t-il un déphasage de 90 degrés de tension et de courant?
Raihan Khalil
2015-05-27 21:41:42 UTC
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Premier regard sur mon circuit. La source de tension a une valeur de 5V avec un angle de phase de zéro et l'impédance du condensateur est de 5Ω. Le courant est donc évidemment de 1A avec un angle de phase de 90 °.

Circuit Diagram

Quelle est la raison physique de ce déphasage? Je peux prouver mathématiquement qu'un condensateur peut effectuer un déphasage de 90 °. Mais je veux en connaître la raison physique.

Ohms n'est pas une unité de capacité.
@Olin Lathrop, je pense que l'OP signifie «de réactance 5 ohms».
Essayez cette analogie: le soleil est à son plus puissant à 12h00, mais la partie la plus chaude de la journée est plus tard (~ 15h00).Lorsque l'effet est cumulatif, l'effet est en retard sur la cause.
Je voulais dire la réactance @OlinLathrop
Belle analogie @WoutervanOoijen
C'est la nature du condensateur.Lorsqu'une tension est appliquée, le condensateur autorise d'abord un courant important.Une fois le condensateur chargé, le courant est plus petit.Donc, le courant mène la tension sur un condensateur.
Six réponses:
#1
+13
user1844
2015-05-27 22:01:20 UTC
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Si, au lieu d'une onde sinusoïdale, vous envisagez de mettre le circuit sous tension pour la première fois, avec une source de tension continue et un condensateur déchargé.

Immédiatement après la mise sous tension, le courant maximal circulera et la tension minimale sera aux bornes du condensateur.

Pendant que vous attendez, le courant diminuera au fur et à mesure que le condensateur se charge, mais la tension augmentera .

Au fur et à mesure que la tension atteint son maximum , le courant aura atteint le minimum^.

Et c'est en gros, c'est une description d'une paire d'ondes sinusoïdales (une tension, un courant), déphasées de 90 degrés, avec des minima et des maxima mutuellement exclusifs en alternance.

#2
+3
geometrikal
2015-05-27 22:11:43 UTC
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Je vais essayer une explication basique.

Soit la source de tension une tension constante, V. La charge sur le condensateur est donc constante (Q = CV). Disons maintenant que la tension change. La charge sur le condensateur doit également changer, donc un certain courant circule pour ajouter ou supprimer la charge. La quantité de charge qui se déplace est donc proportionnelle au changement de tension.

Représentons maintenant la tension en fonction du temps, V (t). Ensuite, la quantité de charge sur le condensateur est Q (t) = CV (t). La dérivée de la tension est le taux de variation de la tension à un instant t. Par conséquent, le taux de changement de charge est proportionnel au taux de changement de tension. dQ (t) / dt = C dV (t) / dt. Le courant est le taux de changement de charge - dQ (t) / dt. Par conséquent, le courant est proportionnel à la vitesse de changement (dérivée) de la tension.

La dérivée d'une onde sinusoïdale est une onde cosinus. Par conséquent, le courant pour une tension sinusoïdale sera une onde cosinusoïdale - 90 degrés déphasés.

L'OP dit qu'il sait déjà comment l'exprimer mathématiquement.Il voulait une raison * physique * pour la relation de phase.
@tcrosley Eh bien rédigez une réponse alors.
Je le ferais si je pouvais.Je suis un gars du numérique.
@tcrosley ^ _ ^ même ici en fait :)
#3
+3
HillBillyIoT
2015-09-19 19:52:57 UTC
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Eh bien, après environ 20 ans d'ingénierie de circuits numériques, je pense que je connais toujours la réponse.

Alors que votre source de tension dépasse zéro degré. il a 0 volts de sortie. Cependant, la tension augmente rapidement. Ainsi, la force du champ électrique dans le diélectrique du capuchon change rapidement et, à mesure que le champ devient plus fort, il pousse plus d'électrons hors de la plaque latérale positive (en raison de l'augmentation de la force électrique créée par le champ). Il est important ici de se rendre compte qu'une casquette est essentiellement un circuit ouvert, juste une forme spéciale. Par conséquent, le courant ne circule pas à travers un condensateur (idéal ici, nous pouvons parler d'effet de fuite plus tard si vous le souhaitez), mais plutôt vers ou depuis une plaque ou l'autre. Cela provoque la construction d'un champ électrique dans le diélectrique qui affecte les électrons libres sur l'autre plaque via la force électrique. Pour expliquer toute cette physique, nous devons entrer dans la loi de Gauss, etc. donc je ne le ferai pas ici.

Chaque plaque est un morceau relativement important de métal conducteur, donc il existe de nombreux électrons libres dedans. Beaucoup plus que ce qui est impliqué dans un niveau raisonnable de flux de courant. Ainsi, la différence de tension entre les plaques, générée par votre source, poussera les électrons libres du côté négatif de la source sur la plaque à laquelle elle est connectée. Cela crée un champ électrique dans le diélectrique du capuchon de telle sorte que les électrons sont poussés par la force électrique hors de la plaque opposée. Le circuit les ramène à la jambe positive de votre source. Au fur et à mesure que de plus en plus de charge est poussée dans la plaque négative, le champ devient plus fort et de plus en plus d'électrons sont poussés hors de l'autre plaque.

Cependant, comme le taux de changement de tension ralentit à mesure que nous atteignons la tension maximale (à 90 degrés), notre intensité de champ augmente toujours, mais plus lentement tout le temps. Pour cette raison, de moins en moins d'électrons sont poussés hors de la plaque positive par unité de temps (donc le flux de courant diminue). Au point de tension maximale, le taux de changement de tension est nul, il n'y a donc plus d'électrons poussés hors de cette plaque positive. À ce stade, la tension commence à baisser et le champ s'affaiblit. Cela permet à certains des électrons expulsés de la plaque positive d'y revenir. Au fur et à mesure que le taux de changement de tension s'accélère et que la tension elle-même retombe vers zéro volt, la vitesse à laquelle les électrons reviennent vers la plaque positive s'accélère (le courant augmente). Lorsque la tension est à zéro, elle change à son taux maximum, vous avez donc un flux de courant maximum dans le circuit (les électrons reviennent sur la plaque aussi vite qu'ils le feront jamais pour ce circuit). L'autre moitié de la forme d'onde (lobe négatif de la sinusoïde de tension) est la même, mais changez les plaques que j'appelle négatives et positives car la tension s'inverse à ce stade (le courant n'est bien sûr pas, il s'est inversé au point de 90 degrés , et je reviendrai à 270).

Je suppose que cela pourrait être rédigé plus élégamment, mais comprenez-vous ma signification ici. Pouvez-vous imaginer l'effet du champ dans le diélectrique du capuchon et sa relation avec les électrons sortant ou entrant dans les plaques? (les tensions positives et négatives ne sont pas vraiment cela, elles indiquent simplement qu'elles sont associées à des vecteurs de courant de sens opposé)

#4
+2
Andy aka
2015-05-27 21:50:22 UTC
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Q = CV (un fondamental de base c'est-à-dire charge = capacité x tension)

Différencier les deux côtés en gardant la capacité constante: -

\ $ \ dfrac {dQ} {dt} = C \ dfrac {dv} {dt} \ $

\ $ \ dfrac {dQ} {dt} \ $ est actuel donc I = C \ $ \ dfrac {dv} {dt} \ $

Maintenant, si la tension est une onde sinusoïdale, le courant sera un cosinus (dû à la différenciation de v par rapport à t) c'est-à-dire qu'il sera décalé de 90 degrés vers l'avant.

Si vous sont après une explication plus approfondie, puis essayez le site de physique.

Essentiellement la même réponse que celle de geometrikal (je ne sais pas qui a posté en premier).L'OP dit qu'il sait déjà comment l'exprimer mathématiquement.Il voulait une raison * physique * pour la relation de phase.Au moins, vous avez suggéré physics.stackexchange.com.Mais il semble que quelqu'un sur ce site devrait également être capable d'en décrire la physique (Will Dean le fait en quelque sorte).
#5
+2
rocketguy
2016-09-23 19:51:40 UTC
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Cela pourrait être mieux pensé en termes de ce qu'on appelle le «courant de déplacement» si vous voulez entrer dans le comportement physique. Comment le courant peut-il circuler à travers le condensateur - les plaques ne sont pas du tout connectées! Eh bien, il y a quelque chose entre les plaques, un milieu diélectrique, comme du verre. À l'intérieur de ce verre, il y a des charges positives de noyaux entourés de charges négatives d'électrons en orbite. Comme il s'agit d'un isolant, les électrons ne sont pas libres de circuler à travers le matériau, mais ils ne sont pas non plus verrouillés en place - ils sont dans un nuage autour de chaque noyau.

Lorsqu'il y a une augmentation de la tension (mais cela doit être un changement), alors les électrons ne sont plus centrés sur les atomes - ils se déplacent vers la plaque positive du condensateur (contrairement aux charges qui s'attirent). Parce qu'il s'agit d'une charge négative, nous voyons cela comme un flux de courant d'une plaque positive à une plaque négative. Mais si la tension cesse de changer, ils restent dans leur nouvelle position d'équilibre. Ce n'est que le CHANGEMENT de tension qui provoque un mouvement des charges d'électrons, car ils ne sont pas capables de quitter le voisinage de leurs atomes. Ensuite, lorsque vous diminuez la tension, ils reviennent à être «au centre» et c'est un courant négatif.

C'est pourquoi le courant est proportionnel au taux de changement de tension (dV / dt), et c'est pourquoi le courant est le plus élevé lorsque la tension change le plus rapidement (c'est-à-dire lorsque la sinusoïde de tension passe à zéro), et tombe à zéro lorsque la tension a cessé de changer (c'est-à-dire lorsque la sinusoïde de tension a atteint une valeur maximale ou minimale) dans une excitation sinusoïdale.

#6
-1
Dries Van Hansewijck
2018-05-17 21:11:36 UTC
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ElectroBOOM l'explique très simplement dans la vidéo suivante: https://www.youtube.com/watch?v=Og9j5Wk0Di4 (6:15)

  • Un condensateur résiste au changement de tension à travers lui.
  • Un inducteur résiste au changement de courant qui le traverse.
Les réponses aux liens uniquement ne sont pas les meilleures, il est peut-être préférable de publier des informations pertinentes.
"* Un condensateur résiste au changement de tension à travers lui. *" Cela explique très peu, voire rien.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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