Cos'è un dielettrico

Un dielettrico è un materiale che limita il flusso di corrente. I dielettrici sono definiti dalla loro costante dielettrica, dispersione di corrente e tensione di rottura. Sono utilizzati principalmente nei condensatori, consentendo l'accumulo di carica sulle piastre conduttive. Un isolante è un dielettrico in grado di sopportare un elevato campo elettrico senza che la corrente lo attraversi.

Permissività

Quando il materiale è circondato da un campo elettrostatico, gli elettroni di ciascun atomo si spostano verso il lato positivo e si allontanano dal nucleo. Questo crea un momento di dipolo nell'atomo e polarizza il materiale, riducendo la forza del campo elettrico al suo interno. La permittività è una misura di quanto un campo elettrico può polarizzare un materiale. Maggiore è la permittività di un dielettrico, più debole è l'intensità del campo elettrico al suo interno e maggiore è l'intensità del campo che può sopportare senza rompersi. I dielettrici con elevata permittività sono utilizzati nei condensatori perché consentono un maggiore accumulo di carica e danno un valore di capacità maggiore.

Costante dielettrica

La costante dielettrica è una misura della permittività statica relativa di un materiale. È definita come la permittività statica divisa per la costante elettrica. La costante elettrica è la permittività di un vuoto, possiede una costante dielettrica di uno. I materiali dielettrici hanno costanti maggiori di uno e i materiali conduttivi hanno costanti inferiori a uno. I materiali con una bassa costante includono aria, teflon, carta, gomma e sale. I materiali con un'elevata costante includono grafite, acqua, acido solforico e ceramica.

Tensione di dispersione e guasto

Tutti i dielettrici hanno una resistenza finita e soffrono di una piccola quantità di dispersione di carica. La differenza di potenziale alla quale questa perdita aumenta improvvisamente è chiamata tensione di rottura e il processo di rottura è chiamato valanga. Il campo elettrostatico è così forte che strappa gli elettroni dalle loro orbite, permettendo alla corrente di fluire liberamente. La rottura di solito danneggia permanentemente il dielettrico bruciando un percorso conduttivo attraverso di esso. La tensione di rottura del dielettrico di un condensatore determina la sua massima tensione nominale.

Applicazioni

I condensatori hanno uno strato dielettrico tra i loro strati conduttivi per aumentare la loro capacità e sono definiti dal tipo di materiale utilizzato. Dielettrici tipici includono carta, film di poliestere, mica, polistirene, polipropilene, ceramica e ossido di tantalio. L'olio minerale è un dielettrico utilizzato come fluido di raffreddamento all'interno di grandi trasformatori. Il materiale piezoelettrico è un dielettrico che crea carica elettrica quando sollecitato meccanicamente.

dielettrico

Dielettrici solidi

I dielettrici sono buoni isolanti elettrici e termici , e vengono quindi utilizzati per rivestire i cavi elettrici per evitare il contatto con altri cavi o persone. I dielettrici sono utili nei condensatori . Nel caso molto semplice del condensatore piatto , le armature possono essere accostate senza rischio di contatto o rottura . Gli strati dielettrici vengono così inseriti nei condensatori industriali, il che consente di aumentare la capacità riducendo al contempo l'ingombro.

D'altra parte, se è sottoposta a un campo elettrico sufficientemente potente, qualsiasi sostanza si ionizzerà e diventerà conduttiva. Poiché i dielettrici sono piuttosto difficili da ionizzare, l'aria ambiente diventa un conduttore davanti a loro: possono essere utilizzati per condensatori ad alta tensione. La maggior parte dei dielettrici è anche trasparente su ampie gamme di frequenza e talvolta viene utilizzata nell'ottica per formare uno strato antiriflesso, ad esempio su alcuni modelli di lenti per occhiali.

Componenti discreti e schede elettroniche

Per la produzione di circuiti stampati e più in generale di apparecchiature elettriche, un tempo era largamente utilizzata la bachelite . È stato ampiamente soppiantato dalla resina epossidica e dai compositi che lo utilizzano, come FR-4 . Alcuni materiali in forma cristallina perovskite come PZT che sono attualmente in fase di sviluppo per l'uso come condensatore variabile. I condensatori di tipo discreto sono elettrolitici per valori molto grandi, altri utilizzano dielettrici.

Ci sono diverse famiglie di dielettrici qui, a seconda delle applicazioni previste 30 : Diversi polimeri possono essere usati come dielettrico: polietilene , polipropilene , BCB , epossidico , mylar , policarbonato , ecc. Queste plastiche hanno una permittività relativa modesta, generalmente compresa tra 2,5 e 4, che limita il valore delle capacità producibili in un dato volume. Hanno eccellenti proprietà di frequenza: basse perdite, effetto batteria scarica. Di ceramica paraelettrico sono utilizzati: ossido di silicio , nitruro di silicio , allumina , nitruro di alluminio . La loro permittività è un po' più alta.

Possono formare capacità maggiori e mantenere tensioni più elevate, ma hanno caratteristiche di frequenza più scarse.

I materiali ferroelettrici a film spesso consentono di ottenere capacità di valore più elevato. Questi condensatori hanno un comportamento in frequenza scadente e sono piuttosto adatti all'accumulo di energia. Alcuni condensatori utilizzano un film polimerico caricato con polvere ferroelettrica per aumentare la permittività. La carta impregnata d'olio era largamente utilizzata, ma è considerata obsoleta.