Susceptibilité électrique et matériaux dialectiques
Comprendre la susceptibilité électrique
Lasusceptibilité électrique est une propriété fondamentale qui quantifie la mesure dans laquelle un matériau peut être polarisé par un champ électrique externe. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à un matériau diélectrique, il induit une polarisation qui aligne les dipôles à l'intérieur du matériau. Cette polarisation est directement liée à la susceptibilité électrique du matériau.
Susceptibilité électrique et polarisation
Lapolarisationfait référence à la séparation des charges positives et négatives au sein d'un matériau, entraînant la formation de dipôles électriques. Dans les matériaux diélectriques, la polarisation se produit sans courant électrique, ce qui en fait des isolants. Le degré de polarisation dépend de l'intensité du champ électrique appliqué et des propriétés inhérentes au matériau.
La susceptibilité électrique (χ) est définie par l'équation suivante :
P=ε0*χe*E
Où :
- Pest le vecteur de polarisation,
- ε₀est la permittivité du vide,
- χeest la susceptibilité électrique,
- Eest le champ électrique appliqué.
Cette équation montre que la polarisation est directement proportionnelle au champ électrique et à la susceptibilité électrique du matériau.
Facteurs affectant la susceptibilité électrique
Plusieurs facteurs influencent la susceptibilité électrique d'un matériau :
Composition du matériau
La capacité de polarisation varie d'un matériau à l'autre. Les matériaux dont les dipôles sont plus faciles à aligner présentent une susceptibilité plus élevée.
La température
Lorsque la température augmente, l'agitation thermique peut perturber l'alignement des dipôles, réduisant ainsi la susceptibilité.
Fréquence du champ appliqué
À des fréquences plus élevées, les dipôles peuvent ne pas s'aligner assez rapidement avec le champ électrique changeant, ce qui diminue la susceptibilité.
Applications de la susceptibilité électrique
La compréhension de la susceptibilité électrique est cruciale pour diverses applications :
Condensateurs
Les matériaux diélectriques à forte susceptibilité sont utilisés dans les condensateurs pour augmenter leur capacité de stockage.
Isolants
La susceptibilité électrique aide à sélectionner les matériaux à des fins d'isolation dans les équipements électriques.
Appareils optiques
Les matériaux présentant des susceptibilités spécifiques sont utilisés dans la conception de composants optiques tels que les lentilles et les guides d'ondes.
Sensibilité électrique de différents matériaux
|
Type de matériau |
Susceptibilité |
Comportement |
Exemples de comportement |
|
Diamagnétique |
Négatif, très faible |
Faible répulsion au champ électrique |
Bismuth, cuivre, eau |
|
Paramagnétique |
Positif, petit |
Faible attraction par le champ électrique |
Aluminium, platine, magnésium |
|
Ferromagnétique |
Très grand ( 10^3 à 10^6) |
Forte attraction et polarisation permanente |
Fer, nickel, cobalt |
|
Ferroélectrique |
Grande ( 10^3 à 10^5) |
Polarisation spontanée et réversible |
Titanate de baryum, PZT |
|
Piézoélectrique |
Grande, dépendante de la contrainte |
Charge électrique provenant d'une contrainte mécanique |
Quartz, PZT |
|
Isolant (diélectrique) |
Positif, modéré |
Polarisation dans le champ électrique, pas de conduction |
Téflon, caoutchouc, verre, mica |
|
Supraconducteurs |
Négatif, très grand |
Expulsion des champs électriques, conductivité parfaite |
Plomb, niobium, YBCO |
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que la susceptibilité électrique ?
La susceptibilité électrique est une mesure de la facilité avec laquelle un matériau peut être polarisé par un champ électrique externe.
Comment la polarisation se produit-elle dans les matériaux diélectriques ?
La polarisation dans les matériaux diélectriques se produit par l'alignement des dipôles sans circulation de courant électrique.
Pourquoi la susceptibilité électrique est-elle importante dans les condensateurs ?
Une susceptibilité électrique élevée dans les matériaux diélectriques augmente la capacité d'un condensateur à stocker l'énergie électrique.
Comment la température affecte-t-elle la susceptibilité électrique ?
Des températures plus élevées peuvent diminuer la susceptibilité électrique en perturbant l'alignement des dipôles dans un matériau.
La susceptibilité électrique peut-elle varier en fonction de la fréquence du champ électrique appliqué ?
Oui, à des fréquences plus élevées, les dipôles peuvent ne pas s'aligner assez rapidement sur le champ électrique changeant, ce qui réduit la susceptibilité.
