Quali sono le proprietà dielettriche dei materiali isolanti

Quali sono le proprietà dielettriche dei materiali isolanti?

Definizione di dielettrico

Un dielettrico è definito come un materiale che non conduce elettricità ma può accumulare energia elettrica, migliorando la funzionalità di dispositivi come i condensatori.

Tensione di rottura

Il materiale dielettrico ha solo alcuni elettroni nelle condizioni operative normali. Quando l'intensità del campo elettrico supera un determinato valore, si verifica una rottura. Ciò significa che le proprietà isolanti sono danneggiate e il materiale diventa infine un conduttore. L'intensità del campo elettrico al momento della rottura è chiamata tensione di rottura o resistenza dielettrica. Può essere espressa come lo stress elettrico minimo che provocherà la rottura del materiale in alcune condizioni.

Può essere ridotta dall'invecchiamento, da alte temperature e dall'umidità. È data come

Resistenza dielettrica o Tensione di rottura 

V→ Potenziale di rottura.

t→ Spessore del materiale dielettrico.

Permittività relativa

È anche chiamata capacità induttiva specifica o costante dielettrica. Ci fornisce informazioni sulla capacità del condensatore quando viene utilizzato un dielettrico. Viene denotata come εr. La capacità del condensatore è legata alla separazione delle piastre o, in altre parole, allo spessore dei dielettrici, all'area sezione trasversale delle piastre e al carattere del materiale dielettrico utilizzato. Un materiale dielettrico con alta costante dielettrica è preferibile per i condensatori.

Permeabilità relativa o costante dielettrica = 

Possiamo vedere che se sostituiamo l'aria con qualsiasi mezzo dielettrico, la capacità (del condensatore) sarà migliorata.La costante dielettrica e la resistenza dielettrica di alcuni materiali dielettrici sono riportate di seguito.

Fattore di dissipazione, angolo di perdita e fattore di potenza

Quando a un materiale dielettrico viene fornita una alimentazione AC, non avviene alcuna utilizzazione di potenza. Questo è perfettamente raggiunto solo dal vuoto e dai gas purificati. Qui, possiamo vedere che la corrente di carica precede la tensione applicata di 90°, come mostrato nella figura 2A. Ciò implica che non c'è perdita di potenza negli isolanti. Ma nella maggior parte dei casi, c'è una dissipazione di energia negli isolanti quando viene applicata una corrente alternata. Questa perdita è nota come perdita dielettrica. Negli isolanti pratici, la corrente di fuga non precede mai la tensione applicata di 90° (figura 2B). L'angolo formato dalla corrente di fuga è l'angolo di fase (φ). Sarà sempre inferiore a 90. Otterremo anche l'angolo di perdita (δ) da questo come 90- φ.

Il circuito equivalente è mostrato di seguito con capacità e resistenza disposti in parallelo.

Da questo, otterremo la perdita di potenza dielettrica come

X → Reattività capacitiva (1/2πfC)

cosφ → sinδ

In molti casi, δ è piccolo. Quindi possiamo considerare sinδ = tanδ.

Quindi, tanδ è noto come fattore di potenza dei dielettrici.

Comprendere le proprietà dei materiali dielettrici è cruciale per progettare, produrre, operare e riciclare questi isolanti, con valutazioni tipicamente effettuate attraverso calcoli e misurazioni.