Signification de la permittivité
Tout d'abord, définissons ce qu'est exactement la permittivité électrique.
Lapermittivité électrique est une mesure du degré de polarisation d'un matériau ou d'un milieu en présence d'un champ électrique.
Pour mieux la comprendre, imaginons la situation suivante. Deux plaques sont placées dans un milieu avec une distance \(d\) les séparant.
Fig. 1 - Les dipôles non polarisés en dehors d'un champ électrique sont répartis de façon chaotique. En présence d'un champ électrique \(\vec{E}\), ces dipôles deviennent polarisés.
Considérons tout d'abord le cas où ce milieu est l'air, composé de diverses molécules. Ces molécules sont constituées de noyaux positifs subatomiques et d'électrons négatifs et donc, en présence d'un champ électrique, ces molécules d'air tournent de manière à créer un moment dipolaire électrique. Le champ électrique créé par le diélectrique polarisé est opposé à la direction du champ externe.
Ladirection de ce moment dipolaire est dans la direction de l'intensité du champ électrique .
Le milieu, qui dans ce cas est l'air, résiste au champ électrique, et cette résistance est connue sous le nom de permittivité relative. Si nous enlevons toutes les molécules d'air qui quittent le champ électrique dans le vide, il n'y a pas de résistance, c'est ce qu'on appelle la permittivité absolue. Nous allons examiner chacun de ces deux types de permittivité séparément dans les prochaines sections de cet article.
Permittivité de l'espace libre
Le premier type de permittivité est connu sous le nom de permittivité absolue de l'espace libre. La permittivité de l'espace libre, ou vide, (\(\varepsilon_0\)) est une valeur constante égale à \(8.85\times10^{-12}\N,\frac{\mathrm{C}}{\mathrm{N}\N,\mathrm{m}^2}\N). Mathématiquement, on peut l'obtenir à l'aide de l'équation suivante :
\[\varepsilon_0=\frac{1}{\mu_0c^2},\]
où \(\mu_0\) est la perméabilité du vide égale à \(4\pi\times10^{-7} \, \frac{\mathrm{T} \, \mathrm{m}}{\mathrm{A}}\), et \(c\) est la vitesse de la lumière \(3.00\times10^8\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}\Nous avons besoin de plus d'informations sur la perméabilité du vide.)
Permittivité relative
Dès qu'il s'agit d'un milieu autre que l'espace libre, la permittivité devient différente de \(\varepsilon_0\). La mesure dans laquelle cette permittivité diffère dépend de la composition et de l'arrangement atomique de la matière spécifique. Cette valeur est obtenue en déterminant la facilité avec laquelle les électrons peuvent modifier leur disposition au sein du matériau.
La permittivité relative \(\varepsilon_\mathrm{r}\) est obtenue en combinant la permittivité d'un matériau spécifique \(\varepsilon\) et la permittivité absolue \ (\varepsilon_0\), décrite précédemment. Mathématiquement, elles se combinent dans l'expression suivante :
\[\varepsilon_\mathrm{r}=\frac{\varepsilon}{\varepsilon_0}.\]
La permittivité relative est toujours supérieure à un et sans dimension grâce à l'équation ci-dessus !
On peut distinguer deux types de matériaux, les conducteurs et les isolants. Dans les conducteurs, les porteurs de charge peuvent facilement se déplacer. Les meilleurs conducteurs d'électricité sont les métaux, comme le cuivre et l'aluminium.
Fig. 2 - La permittivité de tous les métaux, y compris ceux utilisés dans les fils électriques, est infinie.
Le contraire se produit dans les isolants, où les porteurs de charge ne peuvent pas se déplacer facilement. Un autre nom couramment utilisé pour désigner les isolants est celui de diélectrique, que nous aborderons plus en détail dans la section suivante.
Permittivité diélectrique
Tout d'abord, définissons ce qu'est exactement un matériau diélectrique.
Lesdiélectriques sont untype d'isolant, des substances qui ont très peu de porteurs de charge libre, ce qui signifie qu'ils ne sont pas libres de se déplacer comme dans un conducteur. Cependant, les diélectriques ont la propriété supplémentaire de pouvoir être polarisés par un champ électrique.
Au lieu de cela, le matériau lui-même se polarise en présence d'un champ électrique externe.
Un exemple courant de milieu diélectrique est l'air, qui a une permittivité électrique de \(1,00059\). De nombreux autres gaz et liquides non ionisés sont également diélectriques. Dans un diélectrique, la force de Coulomb agissant entre les charges devient \(\varepsilon\) fois plus faible que si les charges étaient dans le vide. Cette relation a été définie mathématiquement plus tôt en utilisant la permittivité relative.
Lapermittivité relative est également connue sous le nom de constante diélectrique \(\kappa\), ce qui signifie \(\kappa = \varepsilon_\mathrm{r}\).
Ainsi, tous les milieux diélectriques, l'air, le papier et l'huile, affaiblissent le champ électrique créé par les conducteurs. Certains des diélectriques les plus couramment utilisés et leurs constantes diélectriques sont regroupés dans le tableau ci-dessous.
Tableau 1 - Matériaux diélectriques courants et leurs constantes diélectriques.
| Médium/matériau | Constante diélectrique \(\kappa\) |
| Vide | 1 |
| Air | 1.00059 |
| Papier | 3.85 |
| Verre | 5 |
| Caoutchouc | 6.7 |
| Mica | 7 |
| Silicium | 11.7 |
| Isopropanol | 19.7 |
| Glycol | 40.6 |
| L'eau | 81 |
Capacité et permittivité
Avant d'examiner l'expression qui combine la capacité et la permittivité, nous devons expliquer le concept des condensateurs à plaques parallèles.
Un condensateur à plaques parallèles est constituéde deux surfaces conductrices parallèles séparées qui peuvent contenir des quantités égales de charges opposées lorsqu'elles sont placées dans un circuit.
Fig. 3 - Condensateur à plaques parallèles.
En gardant cela à l'esprit, la capacité est alors utilisée pour relier la quantité de charge stockée sur chaque plaque et la différence de potentiel électrique créée par la séparation de ces charges. La capacité dépend uniquement des propriétés physiques du condensateur, telles que sa forme et son matériau.
Mathématiquement, la capacité \(C\) peut être exprimée comme suit
\[C=\kappa \varepsilon_0 \frac{A}{d}.\]
En d'autres termes, la capacité d'un condensateur à plaques parallèles est proportionnelle à la surface \(A\) de l'une de ses plaques et inversement proportionnelle à la séparation \(d\) entre ses plaques. La constante de proportionnalité (\(\kappa \varepsilon_0\)) est ce qui relie la capacité à la permittivité.
Permittivité - Points clés
- La permittivité électrique est une mesure du degré de polarisation d'un matériau ou d'un milieu en présence d'un champ électrique.
- La permittivité de l'espace libre \(\varepsilon_0\) est une valeur constante égale à \(8.85\times10^{-12}\,\frac{\mathrm{C}}{\mathrm{N}\,\mathrm{m}^2}\).
- Lapermittivité de la matière diffère de celle du vide, ce qui découle de sa composition atomique et de sadisposition .
- Dans les conducteurs, les porteurs de charge peuvent facilement se déplacer, tandis que dans les isolants ou les diélectriques, les porteurs de charge ne peuvent pas se déplacer facilement.
- Lapermittivité relative, également connue sous le nom de constante diélectrique, peut être calculée en utilisant \ ( \varepsilon_\mathrm{r}=\kappa =\frac{\varepsilon}{\varepsilon_0}\).
- Un condensateur à plaques parallèles est constitué de deux surfaces conductrices parallèles séparées qui peuvent contenir des quantités égales de charges opposées lorsqu'elles sont placées dans un circuit.
- La capacité d'un condensateur peut être calculée à l'aide de l'équation suivante : \(C=\kappa \varepsilon_0 \frac{A}{d}\).
Références
- Fig. 1 - Dipôles polarisés et non polarisés, StudySmarter Originals.
- Fig. 2 -Guide électrique (fil électrique) 3×2,5 mm (diamètre) (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electric_guide_3%C3%972.5_mm.jpg) par Petar Milošević (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:PetarM) est sous licence CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).
- Fig. 3 - Condensateur à plaques parallèles avec superposition de champs (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Parallel-plate-capacitor-with-field-overlay.jpg) par MikeRun (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:MikeRun&action=edit&redlink=1) est sous licence CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en).
Apprends avec 15 fiches de Permittivité dans l'application gratuite StudySmarter
Nous avons 14,000 fiches sur les paysages dynamiques.
Tu as déjà un compte ? Connecte-toi
Questions fréquemment posées en Permittivité
Teste tes connaissances avec des questions à choix multiples
TON SCORE
Ton score
Rejoins l'application StudySmarter et apprends efficacement avec des millions de flashcards, et plus encore.
Apprends avec 15 fiches de Permittivité dans l'application gratuite StudySmarter
Tu as déjà un compte ? Connecte-toi
À propos de StudySmarter
StudySmarter est une entreprise de technologie éducative mondialement reconnue, offrant une plateforme d'apprentissage holistique conçue pour les étudiants de tous âges et de tous niveaux éducatifs. Notre plateforme fournit un soutien à l'apprentissage pour une large gamme de sujets, y compris les STEM, les sciences sociales et les langues, et aide également les étudiants à réussir divers tests et examens dans le monde entier, tels que le GCSE, le A Level, le SAT, l'ACT, l'Abitur, et plus encore. Nous proposons une bibliothèque étendue de matériels d'apprentissage, y compris des flashcards interactives, des solutions de manuels scolaires complètes et des explications détaillées. La technologie de pointe et les outils que nous fournissons aident les étudiants à créer leurs propres matériels d'apprentissage. Le contenu de StudySmarter est non seulement vérifié par des experts, mais également régulièrement mis à jour pour garantir l'exactitude et la pertinence.
En savoir plus
