Les Isolateurs Électriques
Résumé en 30 secondes
Les isolateurs électriques sont des matériaux qui empêchent le passage facile du courant électrique. Ils possèdent une résistance électrique élevée et une faible conductivité électrique. Par exemple, le caoutchouc, utilisé pour isoler les fils électriques et dans la construction d’équipements tels que les transformateurs, moteurs et générateurs. Le diamant synthétique, ou DLC, a la plus grande force diélectrique, atteignant jusqu’à 10 millions de volts par millimètre (V/mm). Les isolateurs sont essentiels dans de nombreuses applications électriques pour prévenir le flux de courant, comme dans l’équipement de sécurité électrique et l’électronique.
Théorie des Isolateurs Électriques
La théorie de la structure de bande explique le comportement des électrons dans les isolateurs. Les atomes dans un solide forment une structure de réseau périodique, et les électrons occupent des niveaux d’énergie, ou « bandes ». Dans les isolateurs, la bande de valence est complètement remplie, et une grande énergie est nécessaire pour déplacer les électrons vers la bande de conduction. La tension de claquage représente la limite au-delà de laquelle un isolant devient conducteur, entraînant une dégradation physique ou chimique du matériau.
Exemples d’Isolateurs Électriques Efficaces
- Verre: Matériau solide transparent ou translucide, utilisé dans les fenêtres, lentilles et équipements de laboratoire.
- Céramique: Matériau inorganique non métallique, utilisé dans des composants électriques tels que les condensateurs et les résistances.
- Caoutchouc: Matériau élastique, utilisé dans le câblage électrique et la fabrication d’équipements.
- Papier: Matériau mince issu de la pâte à bois, utilisé dans l’isolation électrique et l’emballage.
- PVC: Matière plastique synthétique, utilisée dans l’isolation des câbles électriques et la tuyauterie.
Le Caoutchouc comme Isolant Électrique
Le caoutchouc est un isolant électrique courant, résistant bien à la dégradation électrique même à haute tension. Il est flexible, durable, résistant à l’humidité et aux produits chimiques. Utilisé pour isoler les fils et les câbles, ainsi que dans la construction d’équipements électriques. Cependant, ses propriétés peuvent varier et il peut se dégrader sous l’effet de la chaleur, de l’humidité ou d’autres facteurs environnementaux.
Tableau de Résistivité de Certains Isolateurs et Conducteurs
| Matériau | Résistivité (Ohm-mètres) |
|---|---|
| Verre | 1012 – 1014 |
| Caoutchouc | 1012 – 1014 |
| Air | 1016 – 1019 |
| Quartz | 7 x 107 |
| Téflon | 2 x 1018 |
Matériau avec la Plus Haute Force Diélectrique
Le diamant synthétique, ou DLC, avec une force diélectrique de jusqu’à 10 millions de volts par millimètre (V/mm), est le matériau possédant la plus haute force diélectrique. Cependant, son coût élevé et sa production difficile limitent son usage courant.
Classification des Matériaux Selon Leur Conductivité Électrique
Les matériaux sont classifiés en conducteurs, isolateurs, semi-conducteurs, supraconducteurs et conducteurs ioniques, basés sur leur conductivité électrique. Les métaux sont de bons conducteurs, tandis que les non-métaux sont de bons isolateurs. Les semi-conducteurs et supraconducteurs ont des applications spécialisées dans l’électronique et l’électrotechnique.
