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Constante diélectrique et permittivité relative

 Constante diélectrique et permittivité relative

La permittivité et la constante diélectrique sont deux termes essentiels à la technologie des condensateurs. On entend souvent parler de condensateurs avec différents diélectriques utilisés. Les condensateurs électrolytiques, les condensateurs céramiques, le papier, les condensateurs au tantale et tous les noms communs des condensateurs font référence au matériau diélectrique utilisé.

Le matériau diélectrique assure l'isolation entre les plaques de condensateur et, en outre, il détermine de nombreuses caractéristiques du condensateur. C'est la capacité réalisable dans un certain volume, la stabilité de la température qu'elle soit polarisée ou non. Ces caractéristiques et bien d'autres sont régies par le matériau diélectrique utilisé - de nombreuses propriétés étant régies par la constante diélectrique elle-même.

Permittivité et constante diélectrique du condensateur

Les termes permittivité et constante diélectrique sont essentiellement les mêmes dans la plupart des cas, bien qu'il existe des cas où les différents termes ont des significations très spécifiques.

C'est cette propriété d'un matériau diélectrique qui détermine la quantité d'énergie électrostatique qui peut être stockée par unité de volume lorsque la tension unitaire est appliquée, et par conséquent, elle est d'une grande importance pour les condensateurs et les calculs de capacité, etc.

En général, la permittivité utilise la lettre grecque epsilon comme symbole: ε.

Définitions de permittivité et de constante diélectrique

Les définitions de certains termes spécifiques liés à la constante diélectrique et à la permittivité sont données ci-dessous:

  • Permittivité absolue: La permittivité absolue est définie comme la mesure de la permittivité dans le vide et correspond à la résistance rencontrée lors de la formation d'un champ électrique dans le vide. La permittivité absolue est normalement symbolisée par ε0. La permittivité de l'espace libre - un vide - est égale à environ 8,85 x 10-12 Farads / mètre (F / m)
  • Permittivité relative: La permittivité relative est définie comme la permittivité d'un matériau donné par rapport à celle de la permittivité d'un vide. Il est normalement symbolisé par: εr.
  • Permittivité statique: La permittivité statique d'un matériau est définie comme sa permittivité lorsqu'il est exposé à un champ électrique statique. Souvent, une limite de basse fréquence est placée sur le matériau pour cette mesure. Une permittivité statique est souvent requise car la réponse d'un matériau est une relation complexe liée à la fréquence de la tension appliquée.
  • Constante diélectrique: La constante diélectrique est définie comme la permittivité relative d'une substance ou d'un matériau.

Bien que ces termes puissent être considérés comme liés, il est souvent important d'utiliser les termes corrects à l'endroit requis.

Permittivité relative (constante diélectrique)

En utilisant le fait que la permittivité ε d'un milieu gouverne la charge qui peut être tenue par un milieu, on peut voir que la formule pour la déterminer est:

Où:
ε = permittivité de la substance en Farads par mètre
D = densité de flux électrique
E = intensité du champ électrique

On peut voir d'après les définitions de la permittivité que les constantes sont liées selon l'équation suivante:

Où:
εr = permittivité relative
εs = permittivité de la substance en Farads par mètre
ε0 = permittivité d'un vide en Farads par mètre

Choix du diélectrique du condensateur

Les condensateurs utilisent une variété de substances différentes comme matériau diélectrique. Le matériau est choisi pour les propriétés qu'il apporte. L'une des raisons majeures du choix d'un matériau diélectrique particulier est sa constante diélectrique. Ceux avec une constante diélectrique élevée permettent d'atteindre des valeurs de capacité élevées - chacune ayant une permittivité ou une constante diélectrique différente. Cela change la quantité de capacité que le condensateur aura pour une zone et un espacement donnés.

Le diélectrique devra également être choisi pour répondre à des exigences telles que la résistance d'isolation - il doit être capable de résister aux tensions placées à travers lui avec les niveaux d'épaisseur utilisés. Il doit également être suffisamment stable face aux variations de température, d'humidité, de tension, etc.

Les choix populaires pour les condensateurs sont donnés par les noms: les condensateurs électrolytiques en aluminium, les condensateurs en céramique, les condensateurs au mica argent et les condensateurs au tantale sont tous des types couramment utilisés.

Permittivité relative des substances courantes

Le tableau ci-dessous donne la permittivité relative d'un certain nombre de substances courantes.


Permittivité relative des substances courantes
SubstanceRelatif
Permittivité
Titanate de calcium150
Matériau PCB FR44,8 généralement
Verre5 - 10
Mica5.6 - 8.0
Papier3.85
Polyéthylène)2.25
Polyimide2.25
Polypropylène2.2 - 2.36
Porcelaine (céramique)4.5 - 6.7
PTFE (téflon)2.1
Caoutchouc2.0 - 2.3
Silicium11.68
Dioxyde de silicone3.9
Titanate de strontium200
Air 0 ° C1.000594
Air 20 ° C1.000528
Monoxyde de carbone 25 ° C1.000634
Dioxyde de carbone 25 ° C1.000904
Hydrogène 0 ° C1.000265
Hélium 25 ° C1.000067
Azote 25 ° C1.000538
Dioxyde de soufre 22 ° C1.00818

Les valeurs données ci-dessus sont ce que l'on peut appeler les valeurs "statiques" de permittivité. Ils sont vrais pour les fréquences stationnaires ou basses. On constate que la permittivité d'un matériau diminue généralement avec une fréquence croissante. Il diminue également avec l'augmentation de la température. Ces facteurs sont normalement pris en compte lors de la conception d'un condensateur pour des applications électroniques.

Lorsque la conception d'un condensateur est entreprise, les caractéristiques du diélectrique constituent l'une des principales décisions concernant le condensateur.

Certains matériaux ont une constante diélectrique très stable et peuvent être utilisés dans des condensateurs à haute stabilité, tandis que d'autres matériaux diélectriques permettent d'atteindre des niveaux très élevés de capacité volumétrique, c'est-à-dire des niveaux élevés de capacité dans un petit volume. Normalement, il y a un équilibre car aucun diélectrique n'a des caractéristiques idéales pour tout.

Bien que les condensateurs céramiques soient très populaires, il existe de nombreuses céramiques différentes qui peuvent être utilisées. Celles-ci donnent lieu à des condensateurs céramiques désignés par les différents noms des niveaux de performances céramiques: C0G, Y5V, X7R, NP0, etc.


Voir la vidéo: Effet de lajout dun diélectrique entre les armatures dun condensateur (Décembre 2021).