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Comment calculer la charge d'un condensateur en Python avec UliEngineering

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Vous pouvez facilement calculer la charge stockée dans un condensateur avec la bibliothèque Python UliEngineering :

capacitor_charge.py
from UliEngineering.Electronics.Capacitors import capacitor_charge
from UliEngineering.EngineerIO import *

# Calculer la charge pour 100µF à 5V
charge = capacitor_charge("100uF", "5V")
print(f"Charge (100µF, 5V) : {format_value(charge, 'C')}")

# Calculer la charge pour 1nF à 12V
charge = capacitor_charge("1nF", "12V")
print(f"Charge (1nF, 12V) : {format_value(charge, 'C')}")

Exemple de sortie

capacitor_charge_output.txt
Charge (100µF, 5V) : 500 µC
Charge (1nF, 12V) : 12.0 nC

La charge d’un condensateur représente la quantité de charge électrique stockée dans le champ électrique du condensateur lorsqu’une tension est appliquée à ses bornes. Cette charge est directement proportionnelle à la fois à la capacité et à la tension appliquée. Comprendre la charge d’un condensateur est essentiel pour les calculs de stockage d’énergie, les circuits de temporisation et la compréhension du fonctionnement des condensateurs dans les circuits électroniques.

capacitor charge plot.svg

La charge est calculée avec la formule : $Q = C \times V$, où $Q$ est la charge en coulombs, $C$ est la capacité en farads et $V$ est la tension en volts. Un coulomb équivaut à une ampère-seconde, représentant la charge transportée par un courant constant d’un ampère pendant une seconde.

Le graphique ci-dessus montre la charge d’un condensateur en fonction de la tension pour différentes valeurs de capacité. Remarquez la relation linéaire : la charge augmente proportionnellement à la tension pour une capacité donnée. Les valeurs de capacité plus élevées stockent plus de charge à la même tension, c’est pourquoi des condensateurs plus grands sont utilisés lorsque davantage de stockage de charge est nécessaire pour des applications comme le filtrage d’alimentation ou le stockage d’énergie.

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Script de génération du graphique

plot_capacitor_charge.py
#!/usr/bin/env python3
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys
sys.path.insert(0, '/home/uli/dev/UliEngineering')

from UliEngineering.Electronics.Capacitors import capacitor_charge

# Plage de tensions pour le tracé
V = np.linspace(0, 25, 100)  # 0 à 25V

# Créer le graphique
plt.figure(figsize=(10, 6))

# Calculer la charge pour différentes capacités
capacitances = [
    (1e-6, '1 µF', 'blue'),
    (10e-6, '10 µF', 'green'),
    (100e-6, '100 µF', 'red'),
    (1e-3, '1 mF', 'purple'),
]

for C, label, color in capacitances:
    Q = C * V
    plt.plot(V, Q * 1e6, label=label, color=color, linewidth=2)

plt.xlabel('Tension (V)', fontsize=12)
plt.ylabel('Charge (µC)', fontsize=12)
plt.title('Charge du condensateur vs tension', fontsize=14, fontweight='bold')
plt.legend(loc='upper left', fontsize=10)
plt.grid(True, alpha=0.3)

plt.tight_layout()
plt.savefig('capacitor_charge_plot.svg', format='svg', dpi=300)
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