Présentation
Auteur(s)
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Robert FOURNIÉ : ex - Attaché au Chef du Service Matériel Électrique de la Direction des Études et Recherches d’Électricité de France
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Roland COELHO : Directeur de Recherche Honoraire au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) - Ingénieur conseil à Alcatel
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Lire l’articleINTRODUCTION
Avant d’aborder l’étude des isolants et des systèmes d’isolation, l’ingénieur doit se familiariser avec les concepts de base et connaître les théories les plus utiles ; il peut ainsi apprécier la signification exacte des propriétés électriques définissant un isolant et utiliser efficacement les théories qu’il met en œuvre. En se limitant à une présentation des notions essentielles du domaine des diélectriques, cet article traite les points suivants :
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la polarisation des diélectriques, qui, dans la pratique, s’exprime par une propriété fondamentale, à savoir la permittivité relative ;
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les pertes diélectriques, qui, sous une tension continue, se manifestent dans un matériau par la présence de courants d’absorption ; sous une tension alternative, elles sont traduites quantitativement par la tangente de l’angle de pertes (tan δ) mesurée, si cela se révèle nécessaire, dans une plage étendue de fréquence ;
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les phénomènes de relaxation dans les liquides isolants, dont la théorie de Pellat-Debye fournit la représentation la plus simple ;
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les phénomènes de polarisation interfaciale, dont les théories de Maxwell et de Maxwell-Wagner donnent une représentation approchée mais suffisante pour expliquer le comportement d’une association de matériaux de permittivités et de conductivités différentes.
Les mécanismes de courants de conduction seront traités dans un article spécifique.
le lecteur se reportera à l’article D 2 301 Diélectriques. Courants de conduction. Il pourra également consulter D 2 305 Diélectriques solides et charge d’espace et D 2 430 Conduction électrique dans les liquides.
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1. Polarisation des diélectriques
Du fait du nombre élevé de symboles utilisés et de la normalisation qui attribue une lettre précise à certaines grandeurs physiques, nous serons amenés à employer le même symbole pour deux grandeurs différentes, dans deux paragraphes différents. En aucun cas, il n’en résulte d’ambiguïté.
1.1 Définitions
On peut adopter les définitions suivantes :
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diélectrique : substance dont la propriété électromagné-tique fondamentale est d’être polarisable par un champ élec-trique ;
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isolant : substance qui a une conductivité électrique suffisamment faible pour être utilisée afin de séparer des pièces conductrices portées à des potentiels différents.
On peut considérer comme synonymes les mots isolant et diélectrique.
Dès le XVIIe siècle, on a distingué :
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les isolants pour lesquels les charges électriques créées par frottement restent localisées ; ainsi se comportent l’ambre, le verre, le soufre, etc. ;
-
les conducteurs pour lesquels, dans les mêmes conditions, les charges se communiquent aux régions non frottées ; c’est le cas des métaux ; s’ils sont isolés du sol et de l’opérateur, les conducteurs, comme les isolants, attirent les corps légers.
En réalité, tous les isolants sont très légèrement conducteurs.
Dès que les théories modernes de la structure de la matière ont été introduites, en particulier celles concernant les atomes et les molécules, on a pu justifier le concept de polarisation introduit par Faraday, lorsqu’il a étudié le comportement des isolants dans un champ électrostatique. Pour désigner ces matériaux, il a employé le terme de diélectrique.
Dans la suite de cet exposé, on montre que l’existence de charges de polarisation apparaissant au sein du diélectrique, sous l’action d’un champ électrique, permet de ramener un système de charges comprenant des isolants à un système de charges dans le vide ; il n’y a plus qu’un seul milieu à considérer, le vide, caractérisé par la constante électrique :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - PLONUS (M.A.) - Applied electromagnetics - . 1978 McGraw-Hill.
-
(2) - ZAHN (M.) - Electromagnetic field theory - . 1979 Wiley.
-
(3) - FOURNET (G.) - Cours d’électromagnétisme - . 1980 Masson.
-
(4) - VASSALO (C.) - Électromagnétisme classique dans la matière - . 1980 Dunod.
-
(5) - DEBYE (P.) - Polar molecules - . 1947 Dover.
-
(6) - BÖTTCHER (C.J.) et BORDEWIJK (P.) - Theory of electric polarization. - Vol. 1 Dielectrics in Static Fields 1978. Vol. 2 Dielectrics in time dependent Fields 1978 2nd ed. Elsevier Publ. Co.
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(7) - COELHO (R.) et ALADENIZE...
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