CONTINUITÉ DIÉLECTRIQUE, valeur ε caractérisant la polarisation des diélectriques sous l'influence d'un champ électrique d'intensité E. La constante diélectrique est inclus dans la loi de Coulomb comme une quantité montrant combien de fois la force d'interaction entre deux charges libres dans un diélectrique est inférieure à celle dans le vide. L'affaiblissement de l'interaction se produit en raison du filtrage des charges libres par celles liées formées à la suite de la polarisation du milieu. Les charges liées résultent d'une redistribution spatiale microscopique des charges (électrons, ions) dans un environnement généralement électriquement neutre.

La relation entre les vecteurs de polarisation P, l'intensité du champ électrique E et l'induction électrique D dans un milieu isotrope dans le système SI a la forme :

où ε 0 est la constante électrique. La valeur de la constante diélectrique ε dépend de la structure et composition chimique substances, ainsi que la pression, la température et d'autres conditions externes (tableau).

Pour les gaz, sa valeur est proche de 1, pour les liquides et solides elle varie de quelques unités à plusieurs dizaines, et pour les ferroélectriques elle peut atteindre 10 4 . Cette dispersion des valeurs ε est due aux différents mécanismes de polarisation qui se produisent dans différents diélectriques.

La théorie microscopique classique conduit à une expression approximative de la constante diélectrique des diélectriques non polaires :

où n i est la concentration du ième type d'atomes, d'ions ou de molécules, α i est leur polarisabilité, β i est ce qu'on appelle le facteur de champ interne, en raison des caractéristiques structurelles du cristal ou de la substance. Pour la plupart des diélectriques avec une constante diélectrique comprise entre 2 et 8, β = 1/3. Typiquement, la constante diélectrique est pratiquement indépendante de l'ampleur du champ électrique appliqué jusqu'au claquage électrique du diélectrique. Les valeurs élevées de ε de certains oxydes métalliques et autres composés sont dues aux particularités de leur structure, qui permet, sous l'influence du champ E, un déplacement collectif des sous-réseaux d'ions positifs et négatifs dans des directions opposées et le formation d'importants frais liésà la limite du cristal.

Le processus de polarisation d'un diélectrique lorsqu'un champ électrique est appliqué ne se développe pas instantanément, mais sur une période de temps τ (temps de relaxation). Si le champ E évolue au temps t selon une loi harmonique de fréquence ω, alors la polarisation du diélectrique n'a pas le temps de la suivre et une différence de phase δ apparaît entre les oscillations P et E. Lors de la description des oscillations de P et E à l'aide de la méthode des amplitudes complexes, la constante diélectrique est représentée comme une quantité complexe :

ε = ε’ + iε",

de plus, ε' et ε" dépendent de ω et τ, et le rapport ε"/ε' = tan δ détermine les pertes diélectriques dans le milieu. Le déphasage δ dépend du rapport τ et de la période de champ T = 2π/ω. À τ<< Т (ω<< 1/τ, низкие частоты) направление Р изменяется практически одновременно с Е, т. е. δ → 0 (механизм поляризации «включён»). Соответствующее значение ε’ обозначают ε (0) . При τ >> T (hautes fréquences), la polarisation ne suit pas le changement Ε, δ → π et ε' désignent dans ce cas ε (∞) (le mécanisme de polarisation est « désactivé »). Il est évident que ε (0) > ε (∞), et dans des champs alternés, la constante diélectrique s'avère être fonction de ω. Près de ω = l/τ, ε’ passe de ε (0) à ε (∞) (région de dispersion), et la dépendance tanδ(ω) passe par un maximum.

La nature des dépendances ε'(ω) et tanδ(ω) dans la région de dispersion est déterminée par le mécanisme de polarisation. Dans le cas de polarisations ioniques et électroniques avec déplacement élastique des charges liées, la variation de P(t) avec inclusion progressive du champ E a le caractère d'oscillations amorties et les dépendances ε'(ω) et tanδ(ω) sont appelées résonnant. Dans le cas d'une polarisation orientationnelle, l'établissement de P(t) est exponentiel, et les dépendances ε'(ω) et tanδ(ω) sont appelées relaxation.

Les méthodes de mesure de la polarisation diélectrique sont basées sur les phénomènes d'interaction du champ électromagnétique avec les moments dipolaires électriques des particules de matière et sont différentes selon les fréquences. La plupart des méthodes à ω ≤ 10 8 Hz sont basées sur le processus de charge et de décharge d'un condensateur de mesure rempli du diélectrique étudié. À des fréquences plus élevées, des méthodes de guide d'ondes, de résonance, multifréquence et autres sont utilisées.

Dans certains diélectriques, par exemple les ferroélectriques, la relation proportionnelle entre P et E [P = ε 0 (ε ‒ 1)E] et, par conséquent, entre D et E est déjà violée dans les champs électriques ordinaires obtenus en pratique. Formellement, ceci est décrit comme la dépendance ε(Ε) ≠ const. Dans ce cas, il est important Caractéristiques électriques diélectrique est la constante diélectrique différentielle :

Dans les diélectriques non linéaires, la valeur ε diff est généralement mesurée dans des champs alternatifs faibles avec l'application simultanée d'un champ constant fort, et la composante variable ε diff est appelée constante diélectrique réversible.

Allumé. regardez l'art. Diélectriques.

Perméabilité électrique

La permittivité électrique est une valeur caractérisant la capacité d'un diélectrique placé entre les armatures d'un condensateur. Comme on le sait, la capacité d'un condensateur plat dépend de la surface des plaques (que zone plus grande plaques, plus la capacité est grande), la distance entre les plaques ou l'épaisseur du diélectrique (plus le diélectrique est épais, plus la capacité est petite), ainsi que sur le matériau diélectrique dont la caractéristique est la constante électrique.

Numériquement, la permittivité électrique est égale au rapport de la capacité du condensateur avec tout diélectrique du même condensateur à air. Pour créer des condensateurs compacts, il est nécessaire d'utiliser des diélectriques à haute permittivité électrique. La permittivité électrique de la plupart des diélectriques est de plusieurs unités.

Des diélectriques à perméabilité électrique élevée et ultra-élevée ont été obtenus en technologie. Leur partie principale est le rutile (dioxyde de titane).

Figure 1. Perméabilité électrique du milieu

Angle de perte diélectrique

Dans l'article "Diélectriques", nous avons examiné des exemples d'inclusion d'un diélectrique dans des circuits DC et DC. courant alternatif. Il s'est avéré que dans un diélectrique réel, lorsqu'il fonctionne dans un champ électrique formé par une tension alternative, de l'énergie thermique est libérée. La puissance absorbée dans ce cas est appelée pertes diélectriques. Dans l'article « Un circuit à courant alternatif contenant une capacité », il sera prouvé que dans un diélectrique idéal, le courant capacitif est en avance sur la tension d'un angle inférieur à 90°. Dans un diélectrique réel, le courant capacitif entraîne la tension d'un angle inférieur à 90°. La diminution de l'angle est influencée par le courant de fuite, autrement appelé courant de conduction.

La différence entre 90° et l'angle de décalage entre la tension et le courant passant dans un circuit avec un diélectrique réel est appelée angle de perte diélectrique ou angle de perte et est notée δ (delta). Le plus souvent ce n'est pas l'angle lui-même qui est déterminé, mais la tangente de cet angle -bronzage δ.

Il a été établi que les pertes diélectriques sont proportionnelles au carré de la tension, à la fréquence du courant alternatif, à la capacité du condensateur et à la tangente de l'angle de perte diélectrique.

Par conséquent, plus la tangente de perte diélectrique, tan δ, est grande, plus la perte d'énergie dans le diélectrique est importante, plus le matériau diélectrique est mauvais. Les matériaux avec une tg δ relativement grande (de l'ordre de 0,08 à 0,1 ou plus) sont de mauvais isolants. Les matériaux avec un tan δ relativement faible (environ 0,0001) sont de bons isolants.

La constante diélectrique la constante diélectrique

la valeur ε, indiquant combien de fois la force d'interaction entre deux charges électriques dans un milieu est moindre que dans le vide. En milieu isotrope, ε est lié à la susceptibilité diélectrique χ par la relation : ε = 1 + 4π χ. La constante diélectrique d'un milieu anisotrope est un tenseur. La constante diélectrique dépend de la fréquence du champ ; dans des champs électriques puissants, la constante diélectrique commence à dépendre de l'intensité du champ.

LA CONSTANTE DIÉLECTRIQUE

CONTINUITÉ DIELECTRIQUE, une quantité sans dimension e, montrant combien de fois la force d'interaction F entre charges électriques dans un milieu donné est inférieure à leur force d'interaction F o dans le vide :
e =F o /F.
La constante diélectrique indique combien de fois le champ est atténué par le diélectrique (cm. DIÉLECTRIQUE), caractérisant quantitativement la propriété d'un diélectrique à être polarisé dans un champ électrique.
La valeur de la constante diélectrique relative d'une substance, qui caractérise le degré de sa polarisabilité, est déterminée par les mécanismes de polarisation (cm. POLARISATION). Cependant, la valeur dépend en grande partie de l'état d'agrégation de la substance, puisque lors des transitions d'un état à un autre, la densité de la substance, sa viscosité et son isotropie changent considérablement. (cm. ISOTROPIE).
Constante diélectrique des gaz
Les substances gazeuses se caractérisent par de très faibles densités en raison des grandes distances entre les molécules. De ce fait, la polarisation de tous les gaz est insignifiante et leur constante diélectrique est proche de l'unité. La polarisation d'un gaz peut être purement électronique ou dipolaire si les molécules de gaz sont polaires, cependant, dans ce cas, la polarisation électronique est primordiale. La polarisation de divers gaz est d'autant plus grande que le rayon de la molécule de gaz est grand et est numériquement proche du carré de l'indice de réfraction de ce gaz.
La dépendance d'un gaz à la température et à la pression est déterminée par le nombre de molécules par unité de volume de gaz, qui est proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température absolue.
L'air dans des conditions normales a e = 1,0006 et son coefficient de température a une valeur d'environ 2. 10 -6 K-1 .
Constante diélectrique des diélectriques liquides
Les diélectriques liquides peuvent être constitués de molécules non polaires ou polaires. La valeur e des liquides non polaires est déterminée par polarisation électronique, elle est donc petite, proche de la valeur du carré de la réfraction de la lumière et ne dépasse généralement pas 2,5. La dépendance de e d'un liquide non polaire à la température est associée à une diminution du nombre de molécules par unité de volume, c'est-à-dire à une diminution de la densité, et son coefficient de température est proche du coefficient de température de dilatation volumétrique du liquide, mais diffère en signe.
La polarisation des liquides contenant des molécules dipolaires est déterminée simultanément par les composants électroniques et de relaxation dipolaire. De tels liquides ont une constante diélectrique plus élevée, plus plus de valeur couple électrique dipôles (cm. DIPÔLE) et avec quoi plus grand nombre molécules par unité de volume. La dépendance à la température dans le cas des liquides polaires est complexe.
Constante diélectrique des diélectriques solides
Dans les solides, il peut prendre diverses valeurs numériques en fonction de la variété des caractéristiques structurelles du diélectrique solide. Dans les diélectriques solides, tous les types de polarisation sont possibles.
La plus petite valeur de e se trouve dans les diélectriques solides constitués de molécules non polaires et n'ayant qu'une polarisation électronique.
Les diélectriques solides, qui sont des cristaux ioniques avec des particules densément emballées, ont des polarisations électroniques et ioniques et ont des valeurs e qui se situent dans une large plage (e sel gemme- 6 ; e corindon - 10 ; et rutile - 110 ; e titanate de calcium - 150).
e de divers verres inorganiques, se rapprochant de la structure des diélectriques amorphes, se situe dans une plage relativement étroite de 4 à 20.
Les diélectriques organiques polaires ont une polarisation de relaxation dipolaire à l'état solide. La valeur de ces matériaux dépend dans une large mesure de la température et de la fréquence de la tension appliquée, obéissant aux mêmes lois que pour les liquides dipolaires.

Dictionnaire encyclopédique. 2009 .

Voyez ce qu'est la « constante diélectrique » dans d'autres dictionnaires :

La valeur de e, montrant combien de fois la force d'interaction entre deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. En milieu isotrope, e est lié à la susceptibilité diélectrique avec la relation : e = 1 + 4pc. La constante diélectrique… … Grand dictionnaire encyclopédique

La valeur e caractérisant la polarisation des diélectriques sous l'influence de l'électricité. Le champ E.D.p. est inclus dans la loi de Coulomb comme une quantité indiquant combien de fois la force d'interaction de deux charges libres dans un diélectrique est inférieure à celle dans le vide. Affaiblissement du... ... Encyclopédie physique

CONTINUITÉ DIELECTRIQUE, La valeur e, indiquant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. La valeur de e varie considérablement : hydrogène 1,00026, huile de transformateur 2,24, ... ... Encyclopédie moderne

- (désignation e), en physique une des propriétés divers matériaux(voir DIÉLECTRIQUE). Elle s'exprime par le rapport de la densité du FLUX ÉLECTRIQUE dans le milieu à l'intensité du CHAMP ÉLECTRIQUE qui le provoque. Constante diélectrique du vide... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique

la constante diélectrique- Une grandeur caractérisant les propriétés diélectriques d'une substance, scalaire pour une substance isotrope et tensorielle pour une substance anisotrope, dont le produit par l'intensité du champ électrique est égal au déplacement électrique. [GOST R 52002 2003]… … Guide du traducteur technique

La constante diélectrique- CONTINUITÉ DIELECTRIQUE, la valeur e, montrant combien de fois la force d'interaction de deux charges électriques dans un milieu est inférieure à celle dans le vide. La valeur de e varie considérablement : hydrogène 1,00026, huile de transformateur 2,24, ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

La constante diélectrique- une grandeur caractérisant les propriétés diélectriques d'une substance, scalaire pour une substance isotrope et tenseur pour une substance anisotrope, dont le produit par l'intensité du champ électrique est égal au déplacement électrique... Source :... ... Terminologie officielle

la constante diélectrique- constante diélectrique absolue ; industrie la constante diélectrique Quantité scalaire, qui caractérise les propriétés électriques d'un diélectrique et est égal au rapport entre l'amplitude du déplacement électrique et l'amplitude du champ électrique... Dictionnaire explicatif terminologique polytechnique

Constante diélectrique absolue Constante diélectrique relative Constante diélectrique sous vide ... Wikipédia

la constante diélectrique- dielektrinė skvarba statusas T sritis chemija apibrėžtis Elektrinio srauto tankio tiriamojoje medžiagoje ir elektrinio lauko stiprio santykis. atitikmenys : engl. constante diélectrique; permittivité diélectrique; permittivité rus. diélectrique... ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Livres

• Propriétés des matériaux. Anisotropie, symétrie, structure. Par. de l'anglais , Newnham R.E. Cet ouvrage est consacré à l'anisotropie et à la relation entre la structure des matériaux et leurs propriétés. Il couvre un large éventail de sujets et constitue une sorte de cours d'introduction aux propriétés physiques...

La constante diélectrique

Le phénomène de polarisation est jugé par la valeur de la constante diélectrique ε. Le paramètre ε, qui caractérise la capacité d'un matériau à former une capacité, est appelé constante diélectrique relative.

Le mot « relatif » est généralement omis. Il convient de prendre en compte que la capacité électrique de la section d'isolation avec les électrodes, c'est-à-dire condensateur dépend des dimensions géométriques, de la configuration des électrodes et de la structure du matériau formant le diélectrique de ce condensateur.

Dans le vide ε = 1, et tout diélectrique est toujours supérieur à 1. Si C0 - em-

os, entre les plaques duquel il y a un vide de forme et de taille arbitraires, et C est la capacité d'un condensateur de même taille et forme, mais rempli d'un diélectrique avec une constante diélectrique ε, alors

Notant C0 la constante électrique (F/m), égale à

С0 = 8.854.10-12,

trouvons la constante diélectrique absolue

ε’ = ε0 .ε.

Déterminons les valeurs de capacité pour certaines formes de diélectriques.

Pour condensateur à plaques parallèles

С = ε0 ε S/h = 8,854 1О-12 ε S/h.

où S est la section transversale de l'électrode, m2 ;

h - distance entre les électrodes, m.

Importance pratique la constante diélectrique est très élevée. Il détermine non seulement la capacité d'un matériau à former une capacité, mais est également inclus dans un certain nombre d'équations de base qui caractérisent les processus physiques se produisant dans un diélectrique.

La constante diélectrique des gaz, en raison de leur faible densité (due aux grandes distances entre les molécules), est insignifiante et proche de l'unité. Habituellement, la polarisation d'un gaz est électronique ou dipolaire si les molécules sont polaires. Plus le rayon de la molécule est grand, plus le ε du gaz est élevé. Une modification du nombre de molécules de gaz par unité de volume de gaz (n) avec un changement de température et de pression provoque une modification de la constante diélectrique du gaz. Le nombre de molécules N est proportionnel à la pression et inversement proportionnel à la température absolue.

Lorsque l'humidité change, la constante diélectrique de l'air change légèrement en proportion directe du changement d'humidité (avec température ambiante). À des températures élevées, l'effet de l'humidité augmente considérablement. La dépendance en température de la constante diélectrique est caractérisée par l'expression

T K ε = 1 / ε (dε / dT).

En utilisant cette expression, on peut calculer la variation relative de la constante diélectrique lorsque la température change de 1 0 K - ce qu'on appelle le coefficient de température TC de la constante diélectrique.

La valeur TC d'un gaz non polaire est trouvée par la formule

T K ε = (ε -1) / dT.

où T est la température. À.

La constante diélectrique des liquides dépend fortement de leur structure. Les valeurs ε des liquides non polaires sont petites et proches du carré de l'indice de réfraction de la lumière n 2. La constante diélectrique des liquides polaires, utilisés comme diélectriques techniques, varie de 3,5 à 5, ce qui est sensiblement plus élevé que celle des liquides non polaires.

Ainsi, la polarisation des liquides contenant des molécules dipolaires est déterminée simultanément par les polarisations électroniques et de relaxation dipolaire.

Les liquides hautement polaires se caractérisent par une valeur ε élevée en raison de leur conductivité élevée. La dépendance en température de ε dans les liquides dipolaires est plus complexe que dans les liquides neutres.

Par conséquent, ε à une fréquence de 50 Hz pour le biphényle chloré (savol) augmente rapidement en raison d'une forte baisse de la viscosité du liquide, et le dipôle

les molécules ont le temps de s'orienter suite à un changement de température.

La diminution de ε est due à l'augmentation du mouvement thermique des molécules, ce qui empêche leur orientation dans la direction du champ électrique.

Les diélectriques sont divisés en quatre groupes selon le type de polarisation :

Le premier groupe est constitué de diélectriques monocompositions, homogènes, purs, sans additifs, qui ont principalement une polarisation électronique ou un emballage dense d'ions. Ceux-ci comprennent les diélectriques solides apolaires et faiblement polaires à l'état cristallin ou amorphe, ainsi que les liquides et gaz apolaires et faiblement polaires.

Le deuxième groupe est constitué de diélectriques techniques avec des polarisations électroniques, ioniques et simultanément dipolaires à relaxation. Il s'agit notamment des substances organiques semi-liquides et solides polaires (dipôles), par exemple les composés huile-colophane, la cellulose, résines époxydes et matériaux composites fabriqués à partir de ces substances.

Le troisième groupe est celui des diélectriques techniques à polarisations ioniques et électroniques ; les diélectriques avec polarisations de relaxation électronique et ionique sont divisés en deux sous-groupes. Le premier sous-groupe comprend principalement substances cristallines avec un emballage serré d'ions ε< 3,0.

Le deuxième sous-groupe comprend les verres inorganiques et les matériaux contenant une phase vitreuse, ainsi que les substances cristallines avec un emballage lâche d'ions.

Le quatrième groupe est constitué de ferroélectriques ayant des polarisations spontanées, électroniques, ioniques, de relaxation électron-ion, ainsi qu'une migration ou une haute tension pour les matériaux composites, complexes et en couches.

4. Pertes diélectriques des matériaux isolants électriques. Types de pertes diélectriques.

Les pertes diélectriques sont la puissance dissipée dans un diélectrique lorsqu'il est exposé à un champ électrique et provoque un échauffement du diélectrique.

Les pertes dans les diélectriques sont observées aussi bien à tension alternative qu'à tension constante, puisqu'un courant traversant dû à la conductivité est détecté dans le matériau. A tension constante, lorsqu'il n'y a pas de polarisation périodique, la qualité du matériau est caractérisée, comme indiqué ci-dessus, par les valeurs de volume spécifique et de résistance superficielle. Avec une tension alternative, il est nécessaire d'utiliser une autre caractéristique de la qualité du matériau, car dans ce cas, en plus du courant traversant, des raisons supplémentaires surviennent qui provoquent des pertes dans le diélectrique.

Les pertes diélectriques dans un matériau isolant électrique peuvent être caractérisées par une dissipation de puissance par unité de volume, ou des pertes spécifiques ; Le plus souvent, pour évaluer la capacité d'un diélectrique à dissiper la puissance dans un champ électrique, l'angle de perte diélectrique, ainsi que la tangente de cet angle, sont utilisés.

Riz. 3-1. Dépendance de la charge à la tension pour un diélectrique linéaire sans pertes (a), avec pertes (b)

L'angle de perte diélectrique est l'angle qui complète jusqu'à 90° l'angle de déphasage entre le courant et la tension dans un circuit capacitif. Pour un diélectrique idéal, le vecteur courant dans un tel circuit sera en avance sur le vecteur tension de 90° et l'angle de perte diélectrique sera égal à zéro. Plus la puissance dissipée dans le diélectrique, qui se transforme en chaleur, est grande, plus l'angle de déphasage est petit et plus l'angle et sa fonction tg sont grands.

De la théorie des courants alternatifs, on sait que la puissance active

Ra = UI cos (3-1)

Exprimons les puissances pour les circuits série et parallèle en termes de capacités Cs et Cp et d'angle , qui est le complément de l'angle jusqu'à 90°.

Pour circuit séquentiel, en utilisant l'expression (3-1) et le diagramme vectoriel correspondant, nous avons

P une = (3-2)

tg = Csrs (3-3)

Pour circuit parallèle

P a =UI a =U 2 C p tg (3-4)

tg = (3-5)

En égalisant les expressions (3-2) et (3-4), ainsi que (3-3) et (3-5), on trouve les relations entre Cp et Cs et entre rp et rs

C p =C s /1+tg 2 (3-6)

r p = r s (1+ 1/tg 2 ) (3-7)

Pour les diélectriques de haute qualité, vous pouvez négliger la valeur de tg2 par rapport à l'unité dans la formule (3-8) et considérer Cp Cs C. Les expressions de la puissance dissipée dans le diélectrique, dans ce cas, seront les mêmes pour les deux circuits :

P une U 2 Ctg (3-8)

où Ra est la puissance active, W ; U - tension, V ; - fréquence angulaire, s-1 ; C - capacité, F.

Résistance rr dans circuit parallèle, comme il ressort de l'expression (3-7), est plusieurs fois supérieure à la résistance R. L'expression des pertes diélectriques spécifiques, c'est-à-dire la puissance dissipée par unité de volume du diélectrique, a la forme :

(3-9)

où p - pertes spécifiques, W/m3 ; =2 - fréquence angulaire, s-1, E - intensité du champ électrique, V/m.

En effet, la capacité entre faces opposées d’un cube de 1 m de côté sera

C1 = 0 r, composante réactive de conductivité

(3-10)

un composant actif

Après avoir déterminé par une méthode à une certaine fréquence les paramètres du circuit équivalent du diélectrique étudié (Cp et rr ou Cs et rs), en général, on ne peut pas considérer les valeurs obtenues de capacité et de résistance comme inhérentes à un condensateur donné et utilisez ces données pour calculer l’angle de perte à une autre fréquence. Un tel calcul ne peut être effectué que si le circuit équivalent possède une certaine base physique. Ainsi, par exemple, si l'on sait pour un diélectrique donné que les pertes dans celui-ci sont déterminées uniquement par les pertes dues à la conductivité électrique dans une large gamme de fréquences, alors l'angle de perte d'un condensateur avec un tel diélectrique peut être calculé pour n'importe quelle fréquence. se trouvant dans cette fourchette

tg =1/Crp (3-12)

où C et rp sont une capacité et une résistance constantes mesurées à une fréquence donnée.

Les pertes dans un tel condensateur, comme il est facile de le constater, ne dépendent pas de la fréquence :

Pa=U2/rp (3-13)

au contraire, si les pertes dans le condensateur sont déterminées principalement par la résistance des fils d'alimentation, ainsi que par la résistance des électrodes elles-mêmes (par exemple, une fine couche d'argent), alors la puissance dissipée dans un tel condensateur sera augmenter proportionnellement au carré de la fréquence :

Pa=U2 C tg =U2 C Crs=U2 2C2rs (3-14)

De la dernière expression nous pouvons tirer une conclusion très importante conclusion pratique: les condensateurs destinés à fonctionner à hautes fréquences doivent avoir une résistance aussi faible que possible, tant au niveau des électrodes que des fils de connexion et des contacts de transition.

Les pertes diélectriques, selon leurs caractéristiques et leur nature physique, peuvent être divisées en quatre types principaux :

1) pertes diélectriques dues à la polarisation ;

2) pertes diélectriques dues à la conductivité électrique traversante ;

pertes diélectriques par ionisation ;

pertes diélectriques dues à l'inhomogénéité structurelle.

Les pertes diélectriques causées par la polarisation sont particulièrement clairement observées dans les substances à polarisation de relaxation : dans les diélectriques d'une structure dipolaire et dans les diélectriques d'une structure ionique avec un emballage lâche d'ions.

Les pertes diélectriques par relaxation sont causées par la perturbation du mouvement thermique des particules sous l'influence des forces du champ électrique.

Les pertes diélectriques observées dans les ferroélectriques sont associées au phénomène de polarisation spontanée. Par conséquent, les pertes dans les ferroélectriques sont significatives à des températures inférieures au point de Curie, lorsqu'une polarisation spontanée est observée. Aux températures supérieures au point de Curie, les pertes en ferroélectrique diminuent. Le vieillissement électrique d'un ferroélectrique s'accompagne d'une légère diminution des pertes au fil du temps.

Les pertes diélectriques causées par la polarisation comprennent également les pertes dites résonantes qui apparaissent dans les diélectriques à hautes fréquences. Ce type de perte est observé avec une netteté particulière dans certains gaz à une fréquence strictement définie et se traduit par une absorption intense de l'énergie du champ électrique.

Des pertes de résonance sont également possibles dans les solides si la fréquence des oscillations forcées provoquées par un champ électrique coïncide avec la fréquence naturelle des particules du solide. La présence d'un maximum dans la dépendance en fréquence de tg est également caractéristique du mécanisme de perte par résonance, mais dans ce cas, la température n'affecte pas la position du maximum.

Les pertes diélectriques causées par la conductivité électrique traversante se trouvent dans les diélectriques qui ont une conductivité volumique ou superficielle notable.

La tangente de perte diélectrique dans ce cas peut être calculée à l'aide de la formule

Les pertes diélectriques de ce type ne dépendent pas de la fréquence du champ ; tg diminue avec la fréquence selon une loi hyperbolique.

Les pertes diélectriques dues à la conductivité électrique augmentent avec la température selon une loi exponentielle

PaT=Aexp(-b/T) (3-16)

où A, b sont des constantes matérielles. La formule (3-16) peut être approximativement réécrite comme suit :

PaT=Pa0exp( t) (3-17)

où PaT - pertes à température t, °C ; Pa0 - pertes à une température de 0°C ; - constante matérielle.

La tangente de perte diélectrique varie avec la température selon la même loi que celle utilisée pour approximer la dépendance de Pa en température, puisque le changement de température de la capacité peut être négligé.

Les pertes diélectriques par ionisation sont caractéristiques des diélectriques et de l’état gazeux ; Les pertes d'ionisation se manifestent par des champs électriques non uniformes d'intensités supérieures à la valeur correspondant au début de l'ionisation d'un gaz donné. Les pertes par ionisation peuvent être calculées à l'aide de la formule

Pa.u=A1f(U-Ui)3 (3-18)

où A1 est un coefficient constant ; f - fréquence de champ ; U - tension appliquée ; Ui est la tension correspondant au début de l'ionisation.

La formule (3-18) est valable pour U > Ui et une dépendance linéaire de tg sur E. La tension d'ionisation Ui dépend de la pression à laquelle se trouve le gaz, puisque le développement de l'ionisation par impact des molécules est lié à la moyenne libre chemin des porteurs de charge.

Des pertes diélectriques dues à l'inhomogénéité structurelle sont observées dans les diélectriques en couches, dans le papier et le tissu imprégnés, dans les plastiques chargés, dans les céramiques poreuses en micanite, micalex, etc.

En raison de la diversité de la structure des diélectriques inhomogènes et des caractéristiques des composants qu'ils contiennent, il n'existe pas de formule générale pour calculer les pertes diélectriques de ce type.

La capacité d'un condensateur dépend, comme le montre l'expérience, non seulement de la taille, de la forme et de la position relative de ses conducteurs constitutifs, mais également des propriétés du diélectrique remplissant l'espace entre ces conducteurs. L'effet du diélectrique peut être déterminé en utilisant prochaine expérience. Chargeons le condensateur plat et notons les lectures de l'électromètre, qui mesure la tension aux bornes du condensateur. Ensuite, nous glissons une plaque d'ébonite non chargée dans le condensateur (Fig. 63). Nous verrons que la différence de potentiel entre les plaques diminuera sensiblement. Si l'ébonite est retirée, les lectures de l'électromètre restent les mêmes. Cela montre que lors du remplacement de l'air par de l'ébonite, la capacité du condensateur augmente. En prenant un autre diélectrique au lieu de l'ébonite, nous obtiendrons un résultat similaire, mais seul le changement de capacité du condensateur sera différent. Si est la capacité d'un condensateur, entre les plaques duquel il y a un vide, et est la capacité du même condensateur, lorsque tout l'espace entre les plaques est rempli, sans entrefer, d'une sorte de diélectrique, alors la capacité sera plusieurs fois supérieure à la capacité, où elle dépend uniquement de la nature du diélectrique. Ainsi, on peut écrire

Riz. 63. La capacité du condensateur augmente lorsqu'une plaque d'ébonite est poussée entre ses plaques. Les feuilles de l'électromètre tombent, bien que la charge reste la même

Cette quantité est appelée constante diélectrique relative ou simplement constante diélectrique du milieu qui remplit l'espace entre les plaques du condensateur. Dans le tableau Le tableau 1 montre les constantes diélectriques de certaines substances.

Tableau 1. Constante diélectrique de certaines substances

Substance
Eau (propre)
Céramique (ingénierie radio)

Ce qui précède est vrai non seulement pour un condensateur plat, mais aussi pour un condensateur de n'importe quelle forme : en remplaçant l'air par une sorte de diélectrique, nous augmentons la capacité du condensateur de plusieurs fois.

À proprement parler, la capacité d’un condensateur n’augmente d’un facteur que si toutes les lignes de champ allant d’une plaque à l’autre traversent un diélectrique donné. Ce sera le cas, par exemple, d'un condensateur complètement immergé dans un liquide diélectrique versé dans une grande cuve. Cependant, si la distance entre les plaques est petite par rapport à leurs dimensions, alors on peut supposer qu'il suffit de remplir uniquement l'espace entre les plaques, puisque c'est là que champ électrique condensateur. Ainsi, pour un condensateur plat, il suffit de remplir uniquement l'espace entre les plaques avec un diélectrique.

En plaçant une substance avec une constante diélectrique élevée entre les plaques, la capacité du condensateur peut être considérablement augmentée. Ceci est utilisé dans la pratique, et généralement le verre, la paraffine, le mica et d'autres substances sont choisis comme diélectrique pour un condensateur plutôt que l'air. En figue. La figure 64 montre un condensateur technique dans lequel le diélectrique est un ruban de papier imprégné de paraffine. Ses couvertures sont des feuilles de staniol pressées des deux côtés sur du papier ciré. La capacité de ces condensateurs atteint souvent plusieurs microfarads. Par exemple, un condensateur radio amateur de la taille d’une boîte d’allumettes a une capacité de 2 µF.

Riz. 64. Condensateur technique plat : a) assemblé ; b) sous forme partiellement démontée : 1 et 1" - rubans staniol, entre lesquels sont posés des rubans de papier fin ciré 2. Tous les rubans sont pliés ensemble en accordéon et placés dans une boîte métallique. Les contacts 3 et 3" sont soudés au extrémités des bandes 1 et 1". pour inclure un condensateur dans le circuit

Il est clair que seuls les diélectriques présentant de très bonnes propriétés isolantes conviennent à la fabrication d'un condensateur. Sinon, des charges traverseront le diélectrique. C'est pourquoi l'eau, malgré sa constante diélectrique élevée, ne convient pas du tout à la fabrication de condensateurs, car seule une eau extrêmement soigneusement purifiée constitue un diélectrique suffisamment bon.

Si l'espace entre les plaques d'un condensateur plat est rempli d'un milieu avec constante diélectrique , alors la formule (34.1) pour un condensateur plat prend la forme

Le fait que la capacité d'un condensateur dépende de l'environnement indique que le champ électrique à l'intérieur du diélectrique change. Nous avons vu que lorsqu'un condensateur est rempli d'un diélectrique avec une constante diélectrique, la capacité augmente plusieurs fois. Cela signifie qu'avec les mêmes charges sur les plaques, la différence de potentiel entre elles diminue d'un facteur. Mais la différence de potentiel et l’intensité du champ sont liées l’une à l’autre par la relation (30.1). Par conséquent, une diminution de la différence de potentiel signifie que l’intensité du champ dans le condensateur lorsqu’il est rempli d’un diélectrique diminue d’un facteur. C'est la raison pour laquelle il faut augmenter la capacité du condensateur. fois moins que sous vide. Nous concluons donc que la loi de Coulomb (10.1) pour frais ponctuels, placé dans un diélectrique, a la forme