8. Variation de la permittivité avec la fréquence
• Divers types de charges et groupements de charges
Dans le but d'étudier comment varie la permittivité d'un diélectrique avec la fréquence de mesure, il faut d'abord faire le bilan des divers types de charges et groupements de charges soumis à l'action du champ. On distingue :
– les électrons des couches internes, fortement liés aux noyaux atomiques ;
– les électrons des couches externes, ou électrons de valence dans les atomes ou les molécules ;
– les électrons libres ou électrons de conduction (en petit nombre dans les diélectriques) ;
– les ions liés à d'autres ions de charge opposée, dans les molécules ou les cristaux (exemple : Cl- H+) ; ces paires d'ions forment des dipôles permanents ;
– les ions libres, tels que ceux des électrolytes et des cristaux ioniques (exemple : ions K+ excédentaires dans KCl). Ces ions peuvent être associés à des dipôles permanents (exemple : OH-) ;
– les dipôles induits par le champ appliqué ; par exemple, une molécule de benzène, de moment dipolaire nul en l'absence de champ, se polarise et acquiert un dipôle induit dans un champ électrique, à cause d'une redistribution des électrons de valence (notons qu'un champ électrique modifie le moment dipolaire d'un dipôle permanent) ;
– les multipôles ; par exemple, deux dipôles identiques associés et antiparallèles ont un moment dipolaire nul : ils forment un quadrupôle.
Tous ces types de charges ou de groupements de charges sont perturbés par le champ électrique. Les charges libres se déplacent dans la direction du champ si elles sont positives, ou vice versa.
Les charges liées tendent à se déplacer (et en fait se déplacent légèrement), mais sont maintenues par les forces de rappel, qui augmentent très vite avec le déplacement.
Les dipôles tendent à s'orienter dans la position d'énergie potentielle minimale, c'est-à-dire dans la direction du champ, et, en fait, tous les dipôles s'aligneraient si l'agitation thermique ne s'opposait à cette orientation (la théorie de Langevin […]
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