dielettrica

La dielettrica, o materiale dielettrico, è un materiale isolante in grado di essere polarizzato da un campo elettrico esterno. Il termine si riferisce sia ai fenomeni che ai materiali che, pur non conducendo corrente significativa, immagazzinano energia elettrica mediante polarizzazione delle molecole o degli elettroni.

Proprietà principali. La permittività di un dielettrico determina la sua capacità di ridurre il campo interno e di immagazzinare energia. Si distingue la permittività assoluta ε = ε0 ε_r, dove ε0 è la permittività del vuoto e ε_r è la costante dielettrica relativa. Altre grandezze rilevanti sono la resistenza dielettrica o campo di rottura, e i coefficienti di perdita (tan δ) che descrivono le dispersioni di potenza durante l’oscillazione del campo. Le proprietà dielettriche dipendono da frequenza, temperatura e umidità.

Meccanismi di polarizzazione. La polarizzazione può avvenire per: (1) elettroni spostati rispetto ai nuclei (polarizzazione elettronica), (2) spostamento di ioni (polarizzazione ionica), (3) allineamento di dipoli molecolari (polarizzazione orientazionale) e (4) accumulo di cariche superficiali o di spazio (polarizzazione di spazio-carica). Le diverse modalità dominano a diverse frequenze e condizioni operative.

Classificazione ed esempi. I dielettrici si dividono in gas, liquidi e solidi. Esempi comuni includono aria o gas neutri, oli dielettrici liquidi, polimeri isolanti, ceramiche dielettriche e vetro. Le proprietà dipendono dalla composizione e dalla struttura: polimeri organici, ceramici ad alta costante dielettrica, e materiali innovators come composti ceramici per applicazioni ad alta tensione.

Applicazioni. I dielettrici trovano impiego nell’isolamento elettrico di cavi, trasformatori e apparecchiature ad alta tensione, nei condensatori per immagazzinare energia e nel microelettronica come strato isolante o dielettrico di gate. Le proprietà dielettriche influenzano efficienza, affidabilità e prestazioni a frequenze diverse.

Rottura e limiti. L’eccesso di campo elettrico, umidità, temperatura e difetti strutturali possono causare rottura dielettrica, con scariche o guasti. La scelta del dielettrico adeguato richiede bilanciare permittività, perdita, resistenza e stabilità ambientale per l’applicazione prevista.