Milieux conducteurs et milieux diélectriques
Diélectriques et conducteurs
La matière soumise à un champ électrique réagit. Nous distinguons deux types de matière :
- les conducteurs qui sont des milieux pour lesquels il existe des charges électriques libres et mobiles
- les diélectriques qui sont des isolants électriques, c'est-à-dire des milieux dans lesquels il n'existe pas de charges électriques libres et mobiles
Milieu conducteur et conductivité électriques
Dans les milieux conducteurs, certains électrons sont très mobiles et peuvent se déplacer librement dans tout le volume de matière. Ce sont les électrons de conduction ou électrons libres.
On définit en pratique la conductivité électrique σ comme étant le facteur de
proportionnalité entre la densité de courant 
et le champ électrique 
(Loi d'Ohm 
).
Le courant résultant du déplacement des charges libres est appelé courant de conduction.
Un conducteur parfait…
Un conducteur parfait est un matériau hypothétique qui n'offrirait aucune résistance au passage d'un courant électrique (cas limite où la conductivité σ est infinie).
Milieu diélectrique et permittivité relative εr
Dans les milieux diélectriques (ou isolants) :
- les électrons sont très fortement liés aux noyaux et il n'existe pratiquement pas d'électrons libres ; ce sont donc de très mauvais conducteurs (résistivité ρ = 1/ σ comprise entre 1017 et 1019 Ω.m)
- les molécules, les atomes, les nuages d'électrons peuvent se déformer et s'orienter sous l'effet d'un champ électrique. Il en résulte l'apparition d'un dipôle électrique qualifié de permanent car intrinsèque au milieu considéré (on parle de «polarisation du diélectrique»)
La densité volumique de moments dipolaires, observée en tout point du milieu, définit le
champ de polarisation 
. Le déplacement électrique 
, effet du champ électrique 
sur la matière, est alors défini par :
où
ε0 est la permittivité diélectrique du vide.
Si le milieu est linéaire, la polarisation est proportionnelle au champ électrique et on
a : 
où ε est la
permittivité du matériau.
On définit en pratique la permittivité relative εr comme étant le rapport de la permittivité du matériau à celle du vide εr = ε / ε0. Ce terme est également appelé constante diélectrique du matériau.
Un diélectrique parfait…
Un diélectrique parfait est un matériau hypothétique qui ne laisserait passer aucune charge (cas limite où la conductivité σ est nulle).
Courant de déplacement
Le phénomène de polarisation, dans un champ électrique alternatif, est responsable de l'existence d'un courant alternatif appelé courant de déplacement.
En effet, si le champ électrique varie dans le temps, sinusoïdalement par exemple, un mouvement oscillatoire des dipôles apparaît en raison de leur tendance à s'aligner sur le champ électrique. Bien que ces oscillations se fassent sur place et qu'il n'y a donc pas de réelle migration des dipôles, ce mouvement local est assimilable à un courant alternatif appelé courant de déplacement.
Ce courant alternatif est proportionnel au produit ω.ε (ω étant la pulsation, ω = 2 π f et ε la permittivité).
Milieu réel et champ électrique alternatif
La frontière entre comportement diélectrique et comportement conducteur d'un milieu dans un champ alternatif n'est pas absolue, car la matière peut être plus ou moins conductrice et plus ou moins diélectrique.
En fait, un corps donné est plus ou moins conducteur et plus ou moins diélectrique, suivant la fréquence. C'est le rapport σ / ω.ε (ω étant la pulsation, ω = 2 π f) qui indique les importances relatives :
-
du courant de conduction,
c'est-à-dire du caractère conducteur du milieu (σ)
-
et du courant de déplacement,
c'est-à-dire de son caractère diélectrique (ω.ε)
Pour un bon conducteur : σ / ω.ε >> 1
et pour un bon diélectrique : σ / ω.ε << 1