dielèttrico

Lessico

agg. e sm. (pl. m. -ci) [sec. XIX; da dia-+elettrico]. Materiale cattivo conduttore di corrente elettrica; il termine è spesso usato come sinonimo di isolante elettrico, per quanto quest'ultimo termine sia preferibile per indicare i materiali usati per isolare i conduttori.

Elettrologia: dielettrici polari e non polari

I dielettrici possono essere polari o non polari. Nei primi, anche in assenza di un campo elettrico esterno, i baricentri delle cariche elettriche positive e negative che costituiscono una stessa molecola si trovano separati e formano quindi un dipolo elettrico permanente; applicando un campo elettrico esterno, i dipoli tendono a orientarsi nella direzione del campo e in questo consiste il fenomeno della polarizzazione per orientamento. In un materiale dielettrico non polare, i dipoli, invece, si formano per deformazione degli atomi e/o delle molecole del materiale solo al momento dell'applicazione del campo elettrico esterno e si chiamano dipoli elettrici indotti. Si dice in questo caso che si ha polarizzazione per deformazione. La capacità di polarizzazione di un dielettrico varia con la temperatura, che ha la massima influenza nel caso di dielettrici polari, nei quali il disordine nell'orientazione dei dipoli dovuto all'agitazione termica aumenta la resistenza a orientarsi nella direzione del campo. La polarizzazione di un dielettrico ha l'effetto di far diminuire l'intensità del campo all'interno del dielettrico, proprietà che si utilizza per aumentare la capacità di un condensatore mediante l'introduzione di materiale dielettrico tra le armature. Per esempio, se in un condensatore piano in cui la densità superficiale di carica elettrica è uguale a δ si introduce un dielettrico, sulle superfici di quest'ultimo a contatto con le armature appaiono cariche elettriche indotte. Se δ_P è la densità superficiale di carica indotta (le cariche sono dette cariche di polarizzazione dielettriche), si chiama costante dielettrica (o permettività) relativa ε_r del dielettrico il rapporto . La costante ε_r misura l'indebolimento dell'intensità del campo elettrico dovuta all'interposizione del dielettrico: , in cui E è l'intensità del campo elettrico all'interno del dielettrico ed E₀ l'intensità del campo elettrico quando tra le armature c'è il vuoto. Il prodotto ε di ε_r per la costante dielettrica del vuoto ε₀ si chiama costante dielettrica assoluta. In un dielettrico isotropo, che presenta cioè uguali proprietà di polarizzabilità in tutte le direzioni, ε, e quindi ε_r, ha lo stesso valore qualunque sia la direzione del campo induttore; in un dielettrico non isotropo esistono invece determinate direzioni privilegiate lungo le quali il valore di ε può modificarsi sostanzialmente. Nel caso di un dielettrico immerso in un campo elettrico, il suo stato di polarizzazione è misurato da una grandezza vettoriale P, detta polarizzazione elettrica o intensità di polarizzazione. Considerando tutto il dielettrico come un grande dipolo elettrico, P rappresenta il momento di dipolo elettrico per unità di volume ed è misurata in coulomb al metro quadrato (C/m²). Si trova, in generale, che P=ε_0χΕ, in cui χ è una grandezza adimensionata detta suscettibilità elettrica, caratteristica del dielettrico. L'intensità di polarizzazione è legata al vettore spostamento elettrico o induzione elettrica, D, dalla relazione P=D–ε₀E. In alcune sostanze, dette ferroelettriche, la costante dielettrica relativa ha valori estremamente elevati e dipende dal valore del campo elettrico. Per queste sostanze si osservano fenomeni di isteresi analoghi a quelli presentati dalle sostanze ferromagnetiche. Sottoponendo un dielettrico a un campo molto elevato, si produce al suo interno, e tra le armature, una corrente elettrica, o meglio una scarica, dovuta alla rottura delle molecole del materiale e alla loro ionizzazione. La resistenza del dielettrico a questo processo distruttivo si misura con una grandezza caratteristica del mezzo chiamata rigidità dielettrica e definita come rapporto tra il valore della differenza di potenziale alla quale si produce la suddetta scarica distruttiva (o disruptiva) e la distanza tra le armature alle quali la differenza di potenziale è applicata.

Elettrologia: costanti dielettriche

Le costanti dielettriche del vuoto, relativa e assoluta, possono essere equivalentemente definite in base alla legge elettrostatica di Coulomb. La costante dielettrica del vuoto è la grandezza ε₀=8,86∤10^-12 farad al metro che compare nella legge di Coulomb così formulata:

dove F è la forza che si esercita nel vuoto fra due cariche elettriche q, q´ poste alla distanza r. La costante dielettrica relativa di un dato dielettrico è la grandezza ε_r che compare nella legge di Coulomb nel caso in cui le cariche siano immerse in tale dielettrico:

La costante dielettrica assoluta del dielettrico è il prodotto ε_0εr e ha le stesse dimensioni e unità di misura della costante dielettrica del vuoto. Le costanti dielettriche così definite sono dette statiche, in relazione con il fatto che, nel caso, per esempio, del condensatore piano, il campo elettrico applicato non varia nel tempo. Nel caso, invece, in cui il dielettrico sia immerso in un campo elettrico variabile con frequenza abbastanza elevata (superiore a 10¹⁰ Hz), i meccanismi di polarizzazione sopra esposti non sono più validi, in quanto, nella determinazione della costante dielettrica, non si può più tener conto della polarizzazione per orientamento. Il fenomeno per cui, a causa dell'alta velocità di variazione del campo elettrico, le molecole non possono più orientarsi, è detto rilassamento polare. La corrispondente costante dielettrica è detta dinamica. Nell'ambito della teoria dell'elettromagnetismo la costante dielettrica assoluta dinamica si determina in base alla relazione di Maxwell ε=1/μv² in cui μ è la permeabilità magnetica assoluta del mezzo e v è la velocità di propagazione della radiazione elettromagnetica considerata in esso. Come isolanti, i dielettrici sono caratterizzati anche dalla perdita di energia a loro dovuta, soprattutto nell'impiego a frequenze elevate; la grandezza caratteristica è il fattore di perdita tg δ, essendo δ=90–φ, con φ uguale allo sfasamento fra tensione applicata e intensità di corrente.