Matériaux diélectriques et électrostatique
Olivier Gallot-Lavallée
Hermes Science
Lavoisier
Préface9
Pierre Atten
Chapitre 1. Etude mathématique des diélectriques11
1.1. Introduction aux diélectriques11
1.1.1. Polarisation13
1.1.2. Ionisation14
1.1.3. Diélectriques polarisés15
1.1.4. Induction électrique19
1.1.5. Passage d'un diélectrique à l'autre20
1.1.6. Passage d'un diélectrique à un conducteur21
1.1.7. Energie contenue dans un diélectrique21
1.2. Diélectriques parfaits23
1.2.1. Réfraction des lignes de force et d'induction24
1.2.2. Champ au voisinage d'un conducteur chargé26
1.2.3. Pression électrostatique27
1.2.4. Eléments correspondants28
1.2.5. Equilibre d'un système de conducteurs29
1.2.6. Capacités et coefficients d'influence30
1.2.7. Calcul du champ dans les interstices32
1.2.8. Champ dépolarisant34
1.3. Forces exercées sur les diélectriques polarisés40
1.3.1. Forces exercées sur un diélectrique solide rigidement polarisé40
1.3.2. Forces exercées sur un diélectrique parfait solide42
1.3.3. Forces exercées sur un diélectrique liquide46
1.3.4. Electrostriction48
1.4. Pertes diélectriques50
1.5. Charges résiduelles53
1.6. Electrets54
1.7. Caractéristiques d'un isolant55
1.8. Pyro et piézoélectricité57
1.8.1. Pyroélectricité58
1.8.2. Piézoélectricité59
1.8.2.1. Mesure de pression61
1.8.2.2. Mesure de charge d'espace62
1.8.2.3. Génération de pression64
1.8.2.4. Génération de bases de temps64
1.9. Courants dans les conducteurs étendus65
1.9.1. Densité de courant65
1.9.1.1. Application : conductibilité d'un électrolyte66
1.9.2. Expression de la loi d'Ohm dans un conducteur étendu67
1.9.3. Conservation de la densité de courant68
1.9.4. Répartition du courant dans un milieu étendu69
1.9.5. Puissance dissipée par effet Joule70
1.9.6. Résistance du milieu conducteur71
1.9.6.1. Application : bain d'électrolyse71
1.9.6.2. Application : prise de terre72
1.9.6.3. Application : résistance d'isolement d'un câble73
1.9.6.4. Application : étude du champ électrique dans le vide73
1.9.6.5. Application : dégagement de chaleur dans un bain74
1.9.6.6. Application : électrolyse74
1.9.6.7. Application : hydrodynamique et aérodynamique75
1.9.6.8. Application : retour par la terre76
1.9.7. Déviation du courant électrique lorsque l'on traverse la surface séparant deux conducteurs77
Chapitre 2. Etude physique des diélectriques79
2.1. Délectriques gazeux79
2.1.1. Rappel des propriétés des gaz79
2.1.1.1. Mouvement des ions et des électrons dans les gaz81
2.1.1.2. Excitation des vibrations et rotations moléculaires par choc d'électrons85
2.1.1.3. Formation d'ions négatifs86
2.1.2. Ionisation86
2.1.2.1. Etude de l'ionisation d'un gaz par choc d'électrons87
2.1.3. Etude des conditions d'amorçage de la décharge auto-entretenue91
2.1.3.1. Probabilité de l'armorçage de la décharge autonome92
2.1.3.2. Cas des champs non uniformes94
2.1.3.3. Loi de Paschen96
2.1.3.4. Mécanismes secondaires100
2.1.3.5. Cas de l'éclair103
2.1.4. L'effet couronne104
2.1.4.1. Cas d'une pointe négative105
2.1.4.2. Cas d'une pointe ou d'un fil positif107
2.1.4.3. Calcul du champ électrique en présence de charge d'espace109
2.1.4.4. Circonstances et appareils où intervient l'effet couronne114
2.1.4.5. Electrisation d'une sphère conductrice117
2.1.4.6. Application : dépoussiérage électrostatique120
2.1.4.7. Application : projection de peinture121
2.1.4.8. Application : projection de poudres ou de fils122
2.1.4.9. Application : triage électrostatique123
2.1.4.10. Effluves entre isolants124
2.1.5. Emploi des gaz comme isolants125
2.1.5.1. Utilisation de faibles pressions126
2.1.5.2. Utilisation de grandes pressions127
2.2. Diélectriques solides et liquides128
2.2.1. Conductibilité128
2.2.1.1. Solides128
2.2.1.2. Liquides129
2.2.2. Physique de la polarisation131
2.2.2.1. Champ effectif agissant sur les atomes d'un diélectrique131
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 chimique140
2.2.2.4. Propriétés des molécules polaires141
2.2.3. Pertes dans les diélectriques142
2.2.3.1. Conséquences des pertes diélectriques144
2.2.3.2. Causes des pertes diélectriques144
2.2.4. Perforation des diélectriques solides148
2.2.4.1. Phénomènes thermiques150
2.2.4.2. Phénomènes chimiques150
2.2.4.3. Valeur numérique de la rigidité diélectrique intrinsèque des solides151
2.2.4.4. Etude de la perforation par effet thermique153
2.2.4.5. Etude de la perforation par ionisation des vacuoles161
Annexes169
Annexe 1. Liste des figures171
Annexe 2. Liste des symboles177
Annexe 3 Liste des valeurs utiles181
Annexe 4 Mémento sur la spectroscopie diélectrique183
Annexe 5 Mémento sur les courants transitoires185
Bibliographie187
Les auteurs189
Index191