Dielettrico ed isolante indicano sempre lo stesso tipo di materiale. A seconda dell’uso che se ne fa, se ne sfruttano le due caratteristiche fondamentali: la rigidità dielettrica, cioè il campo elettrico massimo applicabile, se usato come isolante; la costante dielettrica (meglio sarebbe chiamarla permettività elettrica, in quanto proprio costante non è, visto che dipende da temperatura e frequenza), nella costruzione dei condensatori.
Le due proprietà non sono dipendenti l’una dall’altra, però dipendono dalla struttura del materiale che le supporta. E tale materiale è soggetto ad invecchiamento, cioè a vari fenomeni che ne alterano la struttura fisica. Ad esempio scariche parziali, dovute a disomogeneità del materiale o presenza di umidità, le quali possono alterarne localmente anche la struttura chimica.
Si tratta di fenomeni che abbassano la rigidità dielettrica del materiale nel tempo, e, contemporaneamente possono determinare anche una riduzione della costante dielettrica, quindi della capacità dei condensatori che, come ha osservato Massimo, è proporzionale ad essa.
La costante dielettrica è strettamente legata alla polarizzazione del materiale, che indica la quantità di carica che si sposta elasticamente all’interno del materiale, per l’azione del campo elettrico esterno applicato, e che ritroviamo come carica che si forma sulle facce estreme del dielettrico, quelle adiacenti alle armature del condensatore. La costante dielettrica, quindi la capacità di un condensatore, è tanto maggiore quanto maggiore è la polarizzazione. La polarizzazione totale è dovuta a quattro contributi diversi: elettronica, atomica, dipolare e ionica. La prima è comune a tutti i materiali in quanto legata alla deformazione che subisce la nuvola elettronica che circonda l’atomo, per effetto del campo elettrico esterno che ne sposta il baricentro; la seconda riquarda lo spostamento che subiscono gli ioni di segno opposto che formano il reticolo di determinate sostanze; la terza riguarda i materiali in cui le molecole formano dei dipoli, cioè piccole strutture materiali in cui si distinguono una zona positiva ed una negativa, i quali si orientano sotto l’azione del campo elettrico e, nel loro movimento, generano anche calore, quindi perdite che sono tanto maggiori quanto maggiore è la difficoltà del movimento; infine la quarta è relativa a sostanze che non sono dei dielettrici veri ma in pratica degli elettroliti, nei quali si ha uno spostamento di ioni con coseguente elevata polarizzazione: sono le sostanze usate per i condensatori elettrolitici. Le due ultime polarizzazioni in particolare, molto sfruttate nella costruzione di condensatori, probabilmente subiscono un indebolimento con l’invecchiamento, che si accompagna tra l’altro ad un aumento delle perdite per una maggior difficoltà di movimento dei dipoli e per una diminuzione della resistività del materiale.
Ad ogni modo un’analisi dettagliata e precisa, anche e soprattutto in relazione ai tempi di invecchiamento ed ai materiali che maggiormente ne risentono, dovrebbe essere fornita da chi ha esperienza nella progettazione e costruzione dei condensatori.
Penso opportuno segnalare il
catalogo della Ducati Energia che, pur non esaminando in dettaglio la fisica del dielettrico, illustra le tecnologie attualmente usate nella costruzione dei condensatori, elencando i parametri più importanti per la conservazione delle loro proprietà nel tempo