Materiale dielettrico

 

Un materiale dielettrico è una sostanza che è un cattivo conduttore di elettricità, ma un efficiente sostenitore dei campi elettrostatici. Se il flusso di corrente tra i poli opposti della carica elettrica è mantenuto al minimo mentre le linee di flusso elettrostatiche non sono ostacolate o interrotte, un campo elettrostatico può immagazzinare energia. Questa proprietà è utile nei condensatori, specialmente alle frequenze radio. I materiali dielettrici sono utilizzati anche nella costruzione di linee di trasmissione a radiofrequenza.

In pratica, la maggior parte dei materiali dielettrici sono solidi. Gli esempi includono porcellana (ceramica), mica, vetro, plastica e ossidi di vari metalli. Alcuni liquidi e gas possono servire come buoni materiali dielettrici. L'aria secca è un eccellente dielettrico e viene utilizzata nei condensatori variabili e in alcuni tipi di linee di trasmissione. L'acqua distillata è un discreto dielettrico. Un vuoto è un dielettrico eccezionalmente efficiente.

Una proprietà importante di un dielettrico è la sua capacità di supportare un campo elettrostatico mentre dissipa energia minima sotto forma di calore. Minore è la perdita dielettrica (la proporzione di energia persa sotto forma di calore), più efficace è un materiale dielettrico. Un'altra considerazione è la costante dielettrica, la misura in cui una sostanza concentra le linee di flusso elettrostatiche. Le sostanze con una costante dielettrica bassa includono un vuoto perfetto, aria secca e la maggior parte dei gas secchi e puri come l'elio e l'azoto. I materiali con costanti dielettriche moderate includono ceramica, acqua distillata, carta, mica, polietilene e vetro. Gli ossidi di metallo, in generale, hanno costanti dielettriche elevate.

Il vantaggio principale delle sostanze ad alta costante dielettrica, come l'ossido di alluminio, è il fatto che rendono possibile la produzione di condensatori di alto valore con un volume fisico ridotto. Ma questi materiali generalmente non sono in grado di resistere a campi elettrostatici così intensi come sostanze a bassa costante dielettrica come l'aria. Se la tensione attraverso un materiale dielettrico diventa troppo grande, cioè se il campo elettrostatico diventa troppo intenso, il materiale inizierà improvvisamente a condurre corrente. Questo fenomeno è chiamato rottura dielettrica. Nei componenti che utilizzano gas o liquidi come mezzo dielettrico, questa condizione si inverte se la tensione scende al di sotto del punto critico. Ma nei componenti contenenti dielettrici solidi, la rottura dielettrica di solito provoca danni permanenti.