DIÉLECTRIQUES

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Relaxation de charge d'espace

Un autre type important de relaxation est associé à l'accumulation de charges au voisinage d'électrodes plus ou moins bloquantes (c'est-à-dire plus ou moins impropres à décharger les ions arrivant à leur contact) sous l'influence combinée du champ, qui tend à accumuler les charges aux électrodes, et de l'agitation thermique qui, sous la forme du facteur de diffusion, s'oppose à cette accumulation.

Considérons, par exemple, une plaque diélectrique d'un matériau de permittivité ε contenant des charges libres entre électrodes bloquantes.

Supposons que les charges des deux signes ont la même mobilité μ. Lorsqu'un champ permanent est appliqué entre les électrodes, les charges d'un même signe migrent vers l'électrode de signe opposé ; cette migration est limitée par la diffusion, qui s'oppose à l'accumulation des charges. À l'état d'équilibre le matériau est macroscopiquement polarisé, et il contient une densité de charge ρ(x), qui dépend de la distance x du point considéré aux électrodes. En d'autres termes, le matériau est équivalent à un dipôle. Si on inverse le sens du champ appliqué, la courbe de répartition des densités de charge évolue lentement vers la courbe b, symétrique de la courbe a par rapport à Ox, et, après un délai lié à la diffusion des charges, la configuration finale du matériau est équivalente à un dipôle opposé. Ce renversement du dipôle équivalent est une relaxation.

Densité de charges dans deux polarités

Densité de charges dans deux polarités

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Répartition à l'équilibre de la densité de charges ?(x) dans les deux polarités (a) et (b) 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Si maintenant on applique à l'échantillon une tension alternative V = V0 exp (jω t), la relaxation ci-dessus se manifeste par une permittivité complexe équivalente, qu'on peut calculer exactement si V0 est assez petit. Le résultat s'écrit :

avec ξ = (d/λD1 + τ ; λD = (longueur de diffusion de Debye) ; τ = ε/σ (temps de relaxation de conduction) :

La forme complexe de ̱ε ne permet pas une séparation simple des composantes ε′(ω) et ε″(ω), mais l'utilisation d'ordinateurs a permis de montrer que le diagramme d'Argand de la relation est très voisin d'un demi-cercle de Cole, mais avec un paramétrage en fréquence différent.


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Condensateur à anneau de garde

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Écrit par :

  • : Maître de recherche au C.N.R.S., professeur à l'Ecole supérieure d'électri-cité.

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Pour citer l’article

Roland COELHO, « DIÉLECTRIQUES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 26 février 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/dielectriques/