DIÉLECTRIQUES

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Condensateur à anneau de garde

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Énergétique des diélectriques

Pour augmenter de dw l'énergie libre électrique d'un volume unitaire de diélectrique soumis au champ E, il faut fournir, contre les forces électrostatiques, le travail élémentaire E.dD. On peut en déduire que la densité d'énergie dans un cristal est w = E.D/2.

Pour un matériau de classe A, cette dernière relation se réduit à :

Pour emmagasiner autant d'énergie que possible par unité de volume dans l'isolement d'un condensateur, il faut choisir un matériau tel que le produit εE2 de la permittivité par la rigidité diélectrique soit maximal. Le maximum théorique de w est de l'ordre de 2.105 J.m-3. Compte tenu des armatures, enveloppes et conditionnement, la densité d'énergie emmagasinée dans les condensateurs dépasse rarement 103 J.m-3. Il reste encore à faire de grands progrès dans ce domaine.

Effet électrocalorique

Pour établir la relation (16) on ne tient pas compte du fait qu'en chargeant un diélectrique polaire de E = 0 à E, on tend à le réchauffer, par un processus thermodynamique réversible, tout à fait différent d'une dissipation qui, elle, est irréversible. En effet, à l'orientation des dipôles, provoquée par le champ, correspond un abaissement de l'entropie du système de ces dipôles. Les dipôles vont donc céder de l'énergie thermique à leur environnement, dont la température tend à augmenter. Inversement, l'annulation du champ va tendre à refroidir l'environnement. Par suite, le travail nécessaire pour charger le diélectrique de façon isotherme n'est plus exactement donné par (16), mais par :

Il résulte de la loi de Langevin que la composante de ε due à l'orientation des dipôles μ (en concentration N) est :

et par suite :

Le terme correctif de (17) correspond à la quantité de chaleur qu'il faut enlever au matériau (ε/< 0) pour le maintenir isotherme, et ce terme est d'autant plus grand que la température est basse.

Le refroidissement d'un système de dipôles par effet électrocalorique a été observé en 1964, et cet effet semble pouvoir être utilisé, parallèlement à la désaimantation adiabatiqu [...]

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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 23 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/dielectriques/