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diélectrique

Se dit d'une substance ne possédant pas d'électrons libres capables de transporter un courant électrique, mais qui peut être polarisée par un champ électrique. (Synonyme : isolant.)

Un diélectrique est un matériau isolant (papier, mica, verre, etc.) que l'on place le plus souvent entre les deux armatures d'un condensateur. Un diélectrique est constitué par un milieu matériel dans lequel un champ électrique peut exister à l'état stationnaire. Dans un tel corps, les électrons sont très fortement liés aux atomes et il n'existe pratiquement pas d'électrons libres ; c'est donc un très mauvais conducteur de l'électricité. Sa conductivité σ est faible, et sa résistivité ρ = 1/σ est comprise entre 1017 et 1019 ohms-mètre. L'apparition d'un champ électrique au sein du diélectrique (différence de potentiel aux bornes d'un condensateur, par exemple) provoque une déformation des molécules. Dans chacune d'elles, le barycentre des charges positives et celui des charges négatives s'écartent en même temps que la molécule s'oriente, car des forces de sens contraires s'exercent sur les charges positives et négatives. On appelle ce phénomène la « polarisation du diélectrique ». Il en résulte donc une nouvelle répartition des charges qui entraîne une modification de la valeur du champ électrique à l'intérieur du diélectrique. On désigne par εr une caractéristique de l'isolant appelée sa « permittivité relative » et qui est égale au quotient de la « permittivité absolue » ε du diélectrique et de la permittivité εo du vide : εr = ε/ε00 = 8,85.10-12 F/m). εr est sensiblement égal à 1 pour l'air, compris entre 2,6 et 8 pour le mica, 3 et 10 pour le verre et voisin de 10 000 pour certaines céramiques à base d'oxyde de titane.

De plus, après la suppression du champ électrique, la polarisation ne disparaît pas totalement à cause du phénomène d'hystérésis diélectrique ; une partie de l'énergie créée par le champ électrique est ainsi perdue dans le diélectrique. L'emploi d'un champ alternatif qui entraîne un changement d'orientation des molécules à la fréquence du champ provoque donc un transfert d'énergie du champ électrique au diélectrique. Cette énergie, qui peut devenir importante, apparaît, au sein du diélectrique, sous forme de chaleur. On utilise cette propriété dans le chauffage haute fréquence ; ce procédé présente l'avantage d'affecter uniformément toute la masse de l'isolant.

Cependant, un diélectrique ne peut pas subir des champs électriques d'intensité trop importante car, à partir d'une certaine valeur, des électrons, provenant des molécules composant le diélectrique, sont arrachés et sont libres de se déplacer. Il se produit alors une conduction importante du courant électrique qui se manifeste par un « claquage », c'est-à-dire le passage d'une décharge, qui perfore l'isolant. Le seuil à ne pas dépasser est appelé la « rigidité diélectrique » du corps ; elle est exprimée généralement en kV/cm.