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SCARICA NEI DIELETTRICI

Posted on Author Faell Posted in Libri


    Contents
  1. Docet Live
  2. Ionizzazione dei gas
  3. FISICA 2 (per ingegneria)
  4. 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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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. Nei solidi il fenomeno avviene principalmente per effetto tunnel di cariche; in particolare per i materiali cristallini si parla di tunneling Zener , ovvero passaggio di elettroni da una banda di energia ad un'altra sfruttato, ad esempio, per il funzionamento dei cosiddetti diodi Zener.

Attraverso i gas invece si possono avere scariche in seguito a ionizzazione , come accade ad esempio nel caso dei fulmini o dei tubi al neon. Da Wikipedia, l'enciclopedia libera. Bibliografia [ modifica modifica wikitesto ] J. Townsend The theory of ionization of gases by collision London, Constable, capitolo 3, pp.

Espressione analitica della natura conservativa del campo elettrico e II equazione di Maxwell per i casi stazionari. Il potenziale elettrostatico di distribuzioni di cariche puntiformi e continue.

Il dipolo elettrico; azioni meccaniche su un dipolo elettrico. Capacità e condensatori. 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.

Docet Live

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.

Ionizzazione dei gas

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. Campo magnetico alla superficie di separazione di due mezzi. Circuiti magnetici; legge di Hopkinson. Il campo magnetico terrestre. Se lo spazio non è uniformemente riempito di un dielettrico, le considerazioni da fare hanno una maggiore complessità e bisogna fare altre considerazioni illustrate nel seguito che permettono di studiare l'elettrostatica in presenza di dielettrici. La spiegazione del fenomeno non differisce di molto da quello che avviene in un conduttore, infatti si genera sulla superficie affacciata del dielettrico una densità di carica superficiale dovuta ai dipoli indotti nel dielettrico.

La polarizzazione dipende molto sia dal materiale che dallo stato della materia.

Quindi sulle superfici del dielettrico sarà presente una carica di polarizzazione che non annulla integralmente il campo elettrico, come nel caso dei conduttori, ma ne riduce l'intensità. Tale vettore è proporzionale al numero dei dipoli presenti per unità di volume per la loro intensità:. Maggiore è l'intensità del vettore di polarizzazione maggiore è la densità di carica di polarizzazione. Il condensatore a facce piane parallele riempito da un dielettrico è un buon esempio per trovare il legame tra campo elettrico e vettore di polarizzazione.

Tale cosa è chiara nel caso unidimensionale eliminiamo il simbolo di vettore.

Infatti nel condensatore a facce piane parallele, ripetendo il ragionamento fatto per dimostrare il teorema di Coulomb considerando un cilindro gaussiano con una faccia dentro il metallo e l'altra dentro il dielettrico l'espressione del flusso totale del campo elettrico vale:. Esistono due meccanismi che giustificano la polarizzazione nei dielettrici la deformazione degli atomi o molecole e l'orientamento dei dipoli permanenti presenti.

Vi sono sostanze che non avendo momento elettrico permanente hanno solo la polarizzazione per deformazione. Le altre sostanze hanno entrambi i meccanismi, ma per semplicità di trattazione qui vengono discussi separamente i due casi, nel caso particolare dei gas rarefatti.

Nei liquidi e nei solidi le cose sono molto più complesse.

FISICA 2 (per ingegneria)

Notare che lo spostamento in gioco modifica minimamente la struttura atomica in quanto date le dimensioni atomiche frazioni di nm i campi elettrici propri degli atomi sono molti ordini di grandezza superiori ai campi esterni che si possono ragionevomente generare. Possiamo quindi scrivere che:. Molte molecole , in particolare quelle caratterizzate da una configurazione non simmetrica, sono dotate di un momento di dipolo intrinseco.

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.

Lezioni di Matematica ed Elettrotecnica

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:.


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