Notice
Matériaux diélectriques et électrostatique
Auteur : GALLOT-LAVALLÉE Olivier
Directeur de Collection : SABONNADIÈRE Jean-Claude
Langue : FrançaisThèmes de Matériaux diélectriques et électrostatique :
Ouvrage 194 p. · 15.6x23.4 cm · Broché ·
ISBN : 9782746245341
Acheter l'e-book
Préface - Pierre ATTEN
Chapitre 1. Étude mathématique des diélectriques . . . . . . . . . . . . 11
1.1. Introduction aux diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.1. Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.2. Ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.3. Diélectriques polarisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.4. Induction électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.5. Passage d’un diélectrique à l’autre . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.6. Passage d’un diélectrique à un conducteur . . . . . . . . . . . 21
1.1.7. Energie contenue dans un diélectrique . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2. Diélectriques parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.1. Réfraction des lignes de force et d’induction . . . . . . . . . . 24
1.2.2. Champ au voisinage d’un conducteur chargé . . . . . . . . . 26
1.2.3. Pression électrostatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.4. Eléments correspondants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2.5. Equilibre d’un système de conducteurs . . . . . . . . . . . . . 29
1.2.6. Capacités et coefficients d’influence . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.2.7. Calcul du champ dans les interstices . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.8. Champ dépolarisant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3. Forces exercées sur les diélectriques polarisés . . . . . . . . . . . . 40
1.3.1. Forces exercées sur un diélectrique solide rigidement polarisé . . .41
1.3.2. Forces exercées sur un diélectrique parfait solide . . . . . . . 42
1.3.3. Forces exercées sur un diélectrique liquide . . . . . . . . . . . 46
1.3.4. Electrostriction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.4. Pertes diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
1.5. Charges résiduelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
1.6. Electrets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.7. Caractéristiques d’un isolant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
1.8. Pyro et piézoélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
1.8.1. Pyroélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
1.8.2. Piézoélectricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
1.8.2.1. Mesure de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
1.8.2.2. Mesure de charge d’espace . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
1.8.2.3. Génération de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.8.2.4. Génération de bases de temps . . . . . . . . . . . . . . . . 64
1.9. Courants dans les conducteurs étendus . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.9.1. Densité de courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.9.1.1. Application : conductibilité d’un électrolyte . . . . . . . 66
1.9.2. Expression de la loi d’Ohm dans un conducteur étendu . . . . . . . . . 67
1.9.3. Conservation de la densité de courant . . . . . . . . . . . . . . 68
1.9.4. Répartition du courant dans un milieu étendu . . . . . . . . . 69
1.9.5. Puissance dissipée par effet Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1.9.6. Résistance du milieu conducteur . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
1.9.6.1. Application : bain d’électrolyse . . . . . . . . . . . . . . . 71
1.9.6.2. Application : prise de terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
1.9.6.3. Application : résistance d’isolement d’un câble . . . . . 73
1.9.6.4. Application : étude du champ électrique dans le vide .. . . . 73
1.9.6.5. Application : dégagement de chaleur dans un bain . . . 74
1.9.6.6. Application : électrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
1.9.6.7. Application : hydrodynamique et aérodynamique . . . 75
1.9.6.8. Application : retour par la terre . . . . . . . . . . . . . . . 76
1.9.7. Déviation du courant électrique lorsque l’on traverse la surface séparant deux conducteurs. . . . . 77
Chapitre 2. Etude physique des diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.1. Diélectriques gazeux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.1.1. Rappel des propriétés des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.1.1.1. Mouvement des ions et des électrons dans les gaz . . . . 81
2.1.1.2. Excitation des vibrations et rotations moléculaires par choc d’électrons . . .. . 85
2.1.1.3. Formation d’ions négatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.1.2. Ionisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.1.2.1. Etude de l’ionisation d’un gaz par choc d’électrons . . . . . . . . 87
2.1.3. Etude des conditions d’amorçage de la décharge auto-entretenue . . . . 91
2.1.3.1. Probabilité de l’amorçage de la décharge autonome . . . . . . . . . . . 92
2.1.3.2. Cas des champs non uniformes . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.1.3.3. Loi de Paschen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.1.3.4. Mécanismes secondaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.1.3.5. Cas de l’éclair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
2.1.4. L’effet couronne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
2.1.4.1. Cas d’une pointe négative . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2.1.4.2. Cas d’une pointe ou d’un fil positif . . . . . . . . . . . . 107
2.1.4.3. Calcul du champ électrique en présence de charge d’espace .. . . . . 109
2.1.4.4. Circonstances et appareils où intervient l’effet couronne . . . . . . . . 114
2.1.4.5. Electrisation d’une sphère conductrice . . . . . . . . . . 117
2.1.4.6. Application : dépoussiérage électrostatique . . . . . . . 120
2.1.4.7. Application : projection de peinture . . . . . . . . . . . . 121
2.1.4.8. Application : projection de poudres ou de fils . . . . . . 122
2.1.4.9. Application : triage électrostatique . . . . . . . . . . . . . 123
2.1.4.10. Effluves entre isolants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
2.1.5. Emploi des gaz comme isolants . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
2.1.5.1. Utilisation de faibles pressions . . . . . . . . . . . . . . . 126
2.1.5.2. Utilisation de grandes pressions . . . . . . . . . . . . . . 127
2.2. Diélectriques solides et liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.2.1. Conductibilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.2.1.1. Solides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
2.2.1.2. Liquides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
2.2.2. Physique de la polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
2.2.2.1. Champ effectif agissant sur les atomes d’un diélectrique . . . . . . . 131
2.2.2.2. Polarisation par rotation dans les liquides (extensible aux gaz) . . . . . 135
2.2.2.3. Relations entre les moments et la structure chimique . . . . . . . 140
2.2.2.4. Propriétés des molécules polaires . . . . . . . . . . . . . 141
2.2.3. Pertes dans les diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
2.2.3.1. Conséquences des pertes diélectriques . . . . . . . . . . 144
2.2.3.2. Causes des pertes diélectriques . . . . . . . . . . . . . . . 144
2.2.4. Perforation des diélectriques solides . . . . . . . . . . . . . . . 148
2.2.4.1. Phénomènes thermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2.2.4.2. Phénomènes chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
2.2.4.3. Valeur numérique de la rigidité diélectrique intrinsèque des solides . . . . . . . . 151
2.2.4.4. Etude de la perforation par effet thermique . . . . . . . 153
2.2.4.5. Etude de la perforation par ionisation des vacuoles . . . . . . 161
Annexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
Annexe 1. Liste des figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Annexe 2. Liste des symboles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Annexe 3. Liste des valeurs utiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Annexe 4. Mémento sur la spectroscopie diélectrique . . . . . . . . . . 183
Annexe 5. Mémento sur les courants transitoires . . . . . . . . . . . . . 185
Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Les auteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191