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Scarica nei dielettrici

Posted on Author Aragore Posted in Autisti

  1. Quiz di Fisica 2
  2. Rottura dielettrica
  3. Lezioni di Matematica ed Elettrotecnica

VII– Conduzione e Scarica nei DIELETTRICI SOLIDI. §VII.1 Introduzione. Il comportamento di un materiale solido isolante, con riferimento alle sollecitazioni di. l'ambiente circostante e/o da scariche parziali. Meccanismi di conduzione nei dielettrici solidi (cenni). La conduzione nei solidi è un fenomeno molto complesso. Il fenomeno della rottura dielettrica si ha quando un materiale che in condizioni ordinarie è dielettrico cessa di essere isolante perché sottoposto ad un campo elettrico sufficientemente elevato. In genere la rottura dielettrica è seguita da una scarica che percorre il Nei solidi il fenomeno avviene principalmente per effetto tunnel di cariche;. La ionizzazione di un gas è un processo per il quale un gas, inizialmente neutro, viene ionizzato facendo passare una corrente elettrica. È anche noto come scarica elettrica, o (se la corrente che fluisce nella scarica è molto elevata) arco elettrico. Il fenomeno della scarica nei gas coincide con la rottura dielettrica del.

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La ionizzazione di un gas è un processo per il quale un gas, inizialmente neutro, viene ionizzato facendo passare una corrente elettrica. È anche noto come scarica elettrica , o se la corrente che fluisce nella scarica è molto elevata arco elettrico. Il fenomeno della scarica nei gas [1] coincide con la rottura dielettrica del materiale, quando il materiale è un gas. Generalmente, dal punto di vista microscopico questi metodi per formare una scarica o plasma sono tutti equivalenti: viene fornita dell'energia agli elettroni legati ai nuclei , che a un certo punto si liberano dal legame col nucleo.

Elettroni liberi collidono con altri atomi neutri, liberando ancora più elettroni, e il processo poi procede a cascata fino a un equilibrio, che dipende unicamente dalla pressione del gas e dal campo elettrico applicato. La condizione iniziale è che gli elettroni abbiano un'energia cinetica maggiore del potenziale di ionizzazione dell'elemento usato per la scarica.

Poiché il potenziale di prima ionizzazione cioè, l'energia necessaria per strappare il primo elettrone al nucleo è compreso fra 5 e 25 eV vedi figura , questo valore fornisce la soglia in energia necessaria agli elettroni per ionizzare il gas.

Se non è presente nessun campo elettrico i singoli dipoli sono orientati casualmente e il momento totale del sistema macroscopico è nullo. Se è presente un campo elettrico esterno, i momenti di dipolo si orientano parallelamente ad esso e il loro valore medio è quindi diverso da zero come mostrato nella figura, se non vi fosse l'agitazione termica.

Il momento di dipolo medio dipende dall'intensità del campo, ma una piccola percentuale si orienta nella direzione del campo al contrario di come apparentemente avviene nella figura. Quindi aumentando il campo sempre più dipoli si allineeranno con il campo, ma il numero disposti casualmente continua a rimanere molto elevato.

Il calcolo analitico va fatto considerando la distribuzione di Boltzmann , ed è un tipico calcolo di meccanica statistica con tale calcolo si dimostra che:. Nel caso di molecole polari esiste anche la polarizzabilità per deformazione. Per cui, posso definire una polarizzabilità totale:. Ma mentre la polarizzabilità per orientamento dipende fortemente dalla temperatura, quella per deformazione è completamente insensibile, quindi a bassa temperatura per le sostanze che hanno un momento di dipolo proprio domina sempre la polarizzazione per orientamento fino a quando le molecole sono mobili stato di fluido.

Mentre ad alta temperatura la costante dielettrica di tutte le sostanze tende a diminuire fino a tendere asintoticamente alla polarizzabilità per deformazione. Queste considerazioni valgono in elettrostatica, se i campi elettrici sono variabili nel tempo le cose sono più complicate.

Immaginiamo di porre un dielettrico con una certa superficie di contorno in un campo elettrico esterno senza aggiungere cariche esterne. Se invece tale flusso è diverso da zero, a causa della conservazione della carica vi saranno anche delle cariche di polarizzazione all'interno del volume, in maniera da garantire che la carica totale si conservi. Dall'ultima espressione locale, utilizzando il teorema della divergenza in maniera inversa rispetto a quanto fatto nel vuoto, si ricava che:.

Quindi immaginiamo un cammino chiuso che passi da un mezzo 1 ad un altro 2 , parallelo alla superficie di separazione, ma che si discosti dal bordo di uno spostamento infinitesimo, per garantire che sia verificata la equazione precedente occorre che la componente tangenziale del campo elettrico alla superficie di separazione sia eguale nei due mezzi, algebricamente:.

Mentre invece, se non vi è carica libera nell'interfaccia tra i due mezzi, considerando una superficie gaussiana, cilindrica di altezza infinitesima con le facce parallele alla superficie di separazione dei due mezzi per metà in un dielettrico, il fatto che il flusso dello spostamento elettrico sia nullo attraverso tale superficie che non contiene cariche libere , ha come conseguenza che:.

Estendiamo quanto visto nel vuoto alla presenza di materia.

Quiz di Fisica 2

Il potenziale locale sarà influenzato dalla sola densità delle cariche libere e dai dielettrici presenti attraverso il potenziale elettrico, l'energia necessaria per generare la distribuzione sarà quindi:. Tutti i dielettrici presentano un certo numero di cariche libere, in proporzioni assolutamente trascurabili rispetto a un buon conduttore, ma sempre presenti.

Infatti la radioattività naturale e i raggi cosmici ionizzano continuamente tutti i materiali. Ovviamente maggiore è la densità del dielettrico, maggiore è la probabilità di tali eventi. Tali cariche libere a differenza dei conduttori sono in presenza di un campo elettrico dentro il dielettrico in quanto anche in condizioni statiche per quanto ridotto il campo elettrico è presente all'interno e quindi subiscono una forza di trascinamento e tra un urto e quello successivo possono acquistare tanta energia cinetica da ionizzare l'atomo che incontrano nel loro cammino.

Se tali eventi avvengono con sufficiente frequenza il dielettrico smette di essere un isolante e si crea quella che viene detta la moltiplicazione a valanga: un numero enorme di portatori di carica viene generato. Nel caso dei fluidi, la perdita della qualità di isolamento è temporanea e il dielettrico una volta rimosso il campo elettrico esterno ritorna nello stato di partenza. Nei solidi al contrario tale evento è in genere distruttivo in quanto viene modificato strutturalmente il solido stesso.

Il campo elettrico esterno per cui un dielettrico perde le sue proprietà isolanti viene chiamato rigidità elettrica ed il suo valore è molto dipendente dalla storia del materiale, dall'umidità e da un numero elevato di concause. Per cui il suo valore non è una grandezza fissa ma è soggetta a notevoli fluttuazioni.

Rottura dielettrica

All'inizio di questo capitolo sono dati alcuni valori indicativi della rigidità dielettrica per alcuni dielettrici. Un esempio è utile per chiarire quanto detto. Argomento seguente: Elettrodinamica. Wikibooks, manuali e libri di testo liberi. Modulo precedente Conduttori Torna a Fisica classica Modulo successivo Elettrodinamica Si chiamano isolanti o dielettrici i materiali che non hanno idealmente cariche libere e quindi non conducono l'elettricità.

Energia immagazzinata in un condensatore piano. Energia potenziale di un sistema di cariche e densità di energia del campo elettrostatico. Densità di carica sulla superficie dei conduttori.

Trattazione macroscopica classica: carica di polarizzazione; vettore intensità di polarizzazione e spostamento dielettrico; costante dielettrica relativa; I equazione di Maxwell. Capacità di un condensatore contenente dielettrico. Paragone fra campi e potenziali nel vuoto e in un mezzo materiale dielettrico.

Campo elettrico alla superficie di separazione fra due dielettrici. Forze fra cariche ed energia di un sistema di cariche in un dielettrico. Rigidità dielettrica. Densità e intensità della corrente di conduzione; velocità di scorrimento; equazione di continuità. Circuito elettrico. Legge di Ohm macroscopica e microscopica ; resistenza, conduttanza, resistività, conducibilità. Cenni alla struttura dei circuiti. Potenza elettrica dissipata: effetto Joule. Forza elettromotrice. Circuiti in serie; forze controelettromotrici; legge di Ohm generalizzata.

Le regole di Kirchhoff. Misurazione di differenze di potenziale, resistenze e potenze. Le equazioni circuitali per condizioni quasi stazionarie; carica e scarica di un condensatore. Azioni magnetiche. Forza magnetica su una corrente; seconda formula di Laplace. Effetto Hall. Sollecitazione su un circuito percorso da corrente; coppia su una spira; momento magnetico di una spira. Campo magnetico creato da correnti; prima formula di Laplace; il campo creato da un filo rettilineo molto lungo legge di Biot e Savart ; il campo al centro di una spira circolare.

Enunciato del teorema di equivalenza di Ampère. Il vettore campo magnetico nella materia. Permeabilità magnetica.

Lezioni di Matematica ed Elettrotecnica

Campo magnetico alla superficie di separazione di due mezzi. Circuiti magnetici; legge di Hopkinson.

Il campo magnetico terrestre. Legge di Faraday-Neumann-Lenz; interpretazione microscopica: induzione di movimento; induzione dovuta a campo magnetico variabile; espressione differenziale della legge di Faraday-Neumann-Lenz per i mezzi stazionari: II equazione di Maxwell. Esempi: alternatore; misura di B, correnti parassite. Forza elettromotrice indotta in condizioni quasi stazionarie; coefficienti di mutua induzione e di autoinduzione; induttanza.

Circuito RL..


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