ISOLANTI

ISOLANTI

. Isolanti termici. - Quando un corpo si trova a una temperatura più alta o più bassa di quella ambiente e deve essere mantenuto a lungo in tali condizioni, è necessario che esso venga termicamente isolato dall'ambiente. S'intende con questo che il corpo deve essere rivestito con sostanze di natura speciale (isolanti termici) o di speciale conformazione, in modo che il calore, che tende per legge naturale a passare dai corpi ad alta temperatura a quelli a bassa, sia ostacolato nel suo movimento.

Per comprendere bene come occorra orientarsi affinché questa protezione possa avere la desiderata efficacia, è necessario richiamare le leggi secondo cui il calore si propaga. Si possono considerare due semplici casi particolari, perché tutti i casi pratici, con sufficiente approssimazione, si possono ricondurre alla combinazione di essi.

Propagazione del calore per conducibilità interna. - Si consideri uno strato (fig. 1), a facce parallele, d'una sostanza omogenea qualunque: le due facce siano mantenute alle temperature costanti T₁ e t, e sia, p. es., T₁ maggiore di t: sia ancora s lo spessore dello strato. Si consideri una superficie S interna allo strato e parallela alle facce. Nelle condizioni esposte e se la superficie S è piccola rispetto all'estensione dello strato, l'esperienza rivela che: a) del calore passa dalla superficie 1 alla superficie 2, movendosi normalmente alle superficie stesse; b) la quantità Q di calore che, in ogni unità di tempo, passa attraverso alla superficie S, è direttamente proporzionale alla differenza delle temperature T₁ e t, all'area della superficie S e inversamente proporzionale allo spessore s dello strato. La quantità Q di calore può quindi essere espressa dalla seguente legge:

che vale quando siano raggiunte le condizioni di regime, ossia dopo un tempo abbastanza lungo. Il coefficiente di proporzionalità c si dice conducibilità termica del materiale costituente lo strato: dei valori di questo coefficiente per le varie sostanze usate in pratica come isolanti si parlerà in seguito. All'espressione s/cS si dà il nome di resistenza termica interna R_i dello strato.

La legge che dà il valore di Q si può quindi scrivere così:

Per la sua analogia con la legge di Ohm fra corrente, tensione e resistenza elettrica, questa formola è detta da alcuni autori legge di Ohm termica.

Propagazione del calore per conduzione termica esterna. - Uno strato di materiale solido illimitato alla temperatura t si trova in contatto con una massa fluida avente una temperatura T₂ supposta uniforme (figura 2): sia, p. es., t maggiore di T₂. Una certa quantità di calore Q passa in ogni unità di tempo, attraverso una superficie S, dal solido al fluido: essa passa in due modi distinti: per convezione, perché la parte di fluido che si riscalda al contatto della superficie di separazione si muove e, lambendo la parete, le sottrae continuamente del calore; per irraggiamento, perché il solido emette del calore sotto forma di raggi calorifici, che si propagano in linea retta in modo identico ai raggi luminosi. Le leggi secondo cui avvengono queste due trasmissioni di calore sono, se si considerano i casi generali, assai complicate e spesso incerte: solo nel caso che la differenza tra t e T₂ sia piccola (non più di una trentina di gradi centigradi), si può, con sufficiente approssimazione, accettando la legge di Newton, ritenere che la quantità di calore Q, che per ogni unità di tempo passa attraverso la superficie S in condizioni di regime, sia rappresentata da una legge analoga a quella considerata per la conduzione interna:

In questa formola m ed n sono i coefficienti rispettivamente d'irraggiamento e di convezione; R_e è la resistenza termica esterna.

Ora, il caso prospettato all'inizio di questa trattazione di un corpo C, alla temperatura T₁, ricoperto da uno strato B di spessore costante di sostanza isolante, posto in un ambiente A alla temperatura T₂ può essere rappresentato dalla fig. 3. Si dimostra che, in condizioni di regime, sempre nelle condizioni che T₁ e T₂ si mantengono costanti, la quantità di calore Q che passa in ogni unità di tempo attraverso alla superficie S del corpo C è:

Vale a dire: le resistenze termiche interna ed esterna si sommano, agli effetti di ridurre la quantità di calore che dal corpo C viene trasmessa all'ambiente A. È indifferente, dal punto di vista dell'isolamento termico, che il corpo C sia più caldo o più freddo dell'ambiente: nel primo caso il calore è ceduto dal corpo all'ambiente; è ceduto dall'ambiente al corpo nel secondo caso.

Se due fluidi aventi temperature T₁ e T₂ sono separati da una parete isolante, in questo caso occorre considerare la resistenza interna della parete e due resistenze esterne: quella tra il primo fluido e la parete e quella tra la parete e il secondo fluido. Analogamente si può ragionare nel caso di pareti con intercapedini.

Sempre, e in ogni caso, si ha la legge:

La fomiula (a), cui ci si può per semplicità riferire, dimostra che, per avere un efficace isolamento termico d'un corpo, occorre studiare il modo di avere contemporaneamente un'elevata R_i e un'elevata R_e: se non sia possibile occorre fare grandi o R_i o R_e.

Riferendosi alla fig. 3, si consideri anzitutto il caso che si voglia rendere grande la R_e. Per ottenere ciò, occorrerebbe rendere piccoli i coefficienti m (d'irraggiamento) ed n (di convezione). Sul coefficiente n non si può in generale agire perché esso dipende dalla forma e dalla posizione del corpo e dalla natura e dalle condizioni di quiete o di movimento del fluido ambiente: e questi elementi sono tutti, generalmente, dati della questione. Sul coefficiente d'irraggiamento m si può invece agire, specialmente ricorrendo a superficie lucide o speculari. Per avere un'idea dell'efficacia dello stato delle superficie nell'isolamento termico, basterà dire che una superficie di lamiera ordinaria ha un coefficiente d'irraggiamento 2,77: esso è ridotto a o,45, ossia sei volte minore, per lamiera lucida, e soltanto a 0,13 per una superficie speculare d'argento. Applicazione di questi risultati si ha nei vasi di Dewar (fig. 4) inventati intorno al 1892 dal fisico sir J. Dewar. Essi constano di una bottiglia a doppia parete di vetro sottile, e le superficie affacciate sono argentate e speculari; nello spazio racchiuso tra le pareti si fa il vuoto spinto quanto è possibile. Si è qui nelle migliori condizioni d'isolamento termico, perché la resistenza interna è grande, date le ottime proprietà isolanti del vuoto, ed è pure assai grande la resistenza termica esterna, perché le superficie sono lucide. Questi recipienti sono molto in uso per la conservazione dei gas liquefatti e sono anche i recipienti dei diffusissimi thermos.

Più spesso, invece di aumentare la resistenza esterna, si fa molto grande la resistenza interna. Si ricorre a sostanze aventi un piccolo coefficiente di conduzione e si fa lo strato isolante di spessore sufficiente affinché la resistenza interna abbia il valore desiderato. Diciamo subito che negl'isolamenti ordinarî la resistenza interna ha valori tanto grandi che, in confronto a essa, si può spesso trascurare la resistenza esterna. In questo caso si può dire che la resistenza termica totale dell'isolamento è direttamente proporzionale allo spessore dello strato di isolante. A titolo d'orientamento, si può notare che l'errore relativo, commesso trascurando la resistenza esterna, nel caso di un rivestimento di sughero dello spessore di 20 centimetri è solo del 5 per cento: per spessori maggiori naturalmente l'errore relativo decresce.

Prima di passare in rassegna i requisiti che deve avere un isolante, si riporta (dal Marchis, Le froid industriel) una tabella contenente nella prima colonna il nome dei principali isolanti, nella seconda il loro peso specifico, in chilogrammi per metro cubo, nella terza i rispettivi coefficienti di conducibilità, in grandi calorie per metro lineare di spessore, per metro quadrato di superficie e per ora. Nei calcoli d'isolamento per tenere conto di eventuali difetti di fabbricazione o di altre accidentali condizioni sfavorevoli, occorre aumentare del 25% i valori della tabella. È poi interessante notare che, mentre per l'elettricità esistono delle sostanze il cui coefficiente di conducibilità è praticamente nullo, ciò non si verifica affatto per il calore.

Le resistenze termiche si misurano in unità dette fourier: si ottengono direttamente in fourier esprimendo S in metri quadrati, s in metri, e dando ai coefficienti i valori indicati nella tabella. Esprimendo le resistenze in fourier e la differenza di temperature in gradi centigradi e considerando come unità di tempo l'ora, le quantità di calore risultano espresse in grandi calorie per ora.

Gl'isolanti termici, ossia tutte le sostanze aventi conducibilità termica abbastanza bassa, a seconda della sostanza di cui sono costituiti si possono distinguere in materiali organici (sughero, torba, cascami di seta, fibre vegetali, feltro, crine, segatura, paglia, foglie secche, cartone, ecc.) e materiali inorganici (farina fossile, carbonato di magnesio, sostanze silicee, cenere, pomice, scorie, ecc.). Spesso l'esperienza prova che, mescolando e sovrapponendo diversi isolanti, si ottengono in definitiva proprietà isolanti migliori di quelle dei singoli componenti. Si potrebbe quindi avere una grandissima serie di isolanti; ma le sostanze maggiormente usate al presente, ove si richieda un isolamento termico veramente efficace (frigoriferi), sono piuttosto poche. A ogni modo agli isolanti soprascritti devono essere aggiunti l'aria (stagnante) e il vuoto. Le proprietà isolanti di quest'ultimo sono veramente eccellenti, però esso, per le ovvie difficoltà che il suo uso presenta, non è applicabile in pratica che in piccola scala: precisamente esso è l'isolante usato nei vasi di Dewar di cui si è già parlato.

Si può ora passare a considerare le proprietà che dovrebbero avere gl'isolanti e quelle che i principali di essi presentano effettivamente.

Requisiti degl'isolanti. - I principali requisiti che si richiedono agl'isolanti sono: 1) il coefficiente di conducibilità termica deve essere il minore possibile, perché quanto più è piccolo questo coefficiente, tanto più sottile può essere lo strato isolante, donde economia di spesa e d'ingombro; 2) peso specifico basso, specialmente per i frigoriferi di bastimenti e treni; 3) non devono essere igroscopici; 4) nel caso che vengano bagnati (p. es., in caso di rottura di un tubo d'acqua) devono, dopo l'essiccamento, ritornare nelle condizioni primitive; 5) devono essere esenti da odori, non essere facili alla putrefazione, neppure se umidi; 6) devono essere, se non incombustibili, almeno di natura tale da non permettere la propagazione della combustione; 7) dopo la messa in opera non devono avere tendenza ad ammassarsi, dando luogo a interruzioni della continuità della massa isolante; 8) devono conservare nel tempo le principali loro proprietà.

Risulta da quanto si è detto che non esistono in realtà isolanti che presentino tutti i requisiti che si possono desiderare: conviene quindi considerare qui gl'isolanti più usati, annoverandone i particolari pregi e difetti.

L'aria è ottimo isolante purché secca e in quiete. Il suo coefficiente di conducibilità, poi, non è costante, ma aumenta con lo spessore, a causa della maggiore facilità con cui, aumentando lo spessore dello strato, si stabiliscono correnti convettive; per strati di alcuni millimetri il coefficiente è 0,02; per strati di 20 millimetri è già 0,04; per 40 millimetri è 0,07; si comprende quindi la convenienza di moltiplicare il numero degli strati d'aria, riducendone lo spessore. La bontà di molti isolanti dipende quasi esclusivamente dall'aria che essi tengono imprigionati.

Oggi sono generalmente escluse della pratica molte sostanze (crine animale e vegetale, piume, paglia, segatura, ecc.) perché facilmente putrescibili e perché facile rifugio d' insetti e roditori, e gl'isolanti usati sono pochi: la lana di vetro, il carbone di legna in scaglie, il sughero nelle sue diverse preparazioni, l'alfol e i suoi derivati.

La lana di vetro è un silicato complesso di magnesio, calcio, alluminio, potassio e sodio; si presenta sotto forma di fibre vetrose ed è prodotta dall'azione del vapor d'acqua surriscaldato su una scoria formata da un miscuglio di coke e silicati, fuso in una specie di alto forno. Questa sostanza è un ottimo isolante esclusivamente a causa dell'aria interposta tra le fibre; perciò lo stipamento non deve essere eccessivo e il suo peso specifico, in opera, non deve essere maggiore di 140 chilogrammi per metro cubo. È incombustibile; però è igroscopica ed è alterata dall'acqua; deve quindi essere usata solo in ambienti perfettamente secchi. Altro grave inconveniente è la difficoltà della messa in opera, perché produce pericolose ferite alle mani degli operai che la maneggiano. Si è tentato di ridurla in lastre e mattonelle, ma perde molto nel suo potere isolante.

Il carbone di legna in scaglie, detto generalmente charcoal, proviene dalla combustione in vaso chiuso di ritagli di legno. Le scaglie hanno dimensioni trasversali variabili da 1 a 15 millimetri. Ha l'inconveniente di essere combustibile e di ammassarsi.

Il sughero è l'isolante attualmente più in uso. In granelli da 2 a 5 millimetri di diametro è usato per riempire lo spazio fra le due superficie di una parete: però è igroscopico e fermenta. Si preferisce ridotto in mattonelle o in compresse. Le mattonelle sono formate mescolando granuli di sughero con cemento minerale, spesso con catrame: questo miscuglio, debolmente riscaldato e messo in forme, dà, dopo il raffreddamento, delle mattonelle o lastre aventi però notevole porosità; questo è un inconveniente perché raccoglie l'umidità. Si potrebbe usare come sostanza impregnante il catrame liquido; ma le mattonelle diventerebbero disgregabili. Il sughero in compresse invece si prepara comprimendo i granuli fino a ridurli a circa ¼ del loro volume iniziale e poi scaldando finché il sughero emetta una parte della sua resina. L'umidità è così eliminata: dopo il riscaldamento le compresse conservano la forma che è stata loro data. Il peso specifico sale a circa 300 chilogrammi per metro cubo.

Il sughero expansite si prepara scaldando il sughero a 300 ÷ 400 gradi fuori dell'aria e facendolo poi raffreddare in un mezzo inerte: con questo trattamento il sughero può anche raddoppiare il suo volume primitivo: la trasformazione è accompagnata da un fenomeno fisico di dilatazione delle cellule e da uno chimico di trasformazione della sostanza cellulare che diviene più scura, e il sughero non è più igroscopico, né tende a putrefarsi. Se ne costruiscono mattonelle di diverso tipo.

Un buon isolante, però permeabile all'acqua, si ottiene impastando cemento e segatura di legno. Fra gl'isolanti recentemente proposti si deve notare la pomice artificiale d'Ottmann che sembra avere ottimi requisiti in ogni senso: può essere mescolata con cemento o cemento armato e si hanno così isolanti resistentissimi a compressione e flessione.

Infine in questi ultimi anni si è andato affermando l'alfol, isolante a base di alluminio. Esso è composto da sottili e larghi fogli di alluminio con superficie lucide, che tengono imprigionati dei sottili strati d'aria; quest'aria, per la sua bassa conducibilità, dà al complesso una resistenza interna elevata: inoltre si ha un gran valore della somma delle resistenze esterne, per la lucidità delle superficie d'alluminio. Altri ottimi requisiti di questo isolante sono la resistenza alle temperature elevate (fino a 550°), la facilità di montaggio e, soprattutto, il basso peso specifico: esso pesa 50 volte meno del sughero expansite.

Bibl.: Marchis, Le Froid industriel, Parigi; C. S. Cammerer, Der Wärme- und Kälteschutz in der Industrie, Berlino 1928; U. Bordoni, Lezioni di fisica tecnica, Roma 1928; Alluminio (Rivista tecnica), marzo-aprile 1932, n. 2.

Isolanti elettrici.

Si chiamano isolanti elettrici quei materiali che s'impiegano per separare tra di loro i corpi conduttori al fine d' impedire, o almeno rendere trascurabile, il passaggio dell'elettricità da un conduttore all'altro. La tecnica degl'isolanti elettrici ha assunto una importanza grandissima col diffondersi delle applicazioni elettriche, soprattutto ad alta tensione. Essa presenta delle difficoltà notevoli, dato che i materiali isolanti in generale sono corpi mal definiti dal punto di vista chimico e costitutivo, e male resistono alle temperature appena un po' elevate cui facilmente sono sottoposti nelle costruzioni elettromeccaniche. Le principali proprietà caratteristiche che individuano i materiali isolanti, e che permettono di prevedere il loro comportamento all'atto dell'impiego, sono:

Rigidità dielettrica (kV/cm.). Tensione di perforazione (kV). - La prima si può considerare (tenuto presente quanto si accennerà in seguito) come il rapporto tra la massima differenza di potenziale che, in determinate condizioni, può essere applicata tra due conduttori separati da un isolante senza provocarne la perforazione, e lo spessore dell'isolante stesso. La seconda, per un dato pezzo di materiale isolante, è la tensione minima capace di perforarlo.

Nel caso più comune esse si misurano mediante tensioni alternative sinusoidali di frequenza industriale, dando il valore in chilovolt efficaci. Nel valutare la rigidità dielettrica occorre ricordare che: a) in generale la rigidità dielettrica di un dato materiale diminuisce, superata una certa temperatura (fig. 1); b) con il crescere al di là di un certo limite dello spessore isolante la rigidità va progressivamente diminuendo (fig. 1); c) la rigidità diminuisce anche col crescere del tempo durante il quale è applicata la tensione di prova (fig. 2), e ciò sino a che non si raggiunge, più o meno rapidamente, un valore finale costante (rigidità dielettrica limite); nella tecnica ci si riferisce di solito a rigidità per prove che durino un minuto; d) la rigidità dielettrica è massima per sollecitazioni a tensione continua, e in generale decresce col crescere della frequenza nel caso della tensione alternata; e) in molti casi la perforazione non avviene quando si supera in un solo punto dello spessore il gradiente di perforazione, ma solo quando la differenza di potenziale lungo una linea di forza del campo elettrico supera un certo valore.

Comunemente si ammette l'esistenza di due tipi di perforazione dielettrica: uno che corrisponde a un fenomeno puramente elettrico (che si manifesta quando la d. d. p. supera molto rapidamente il valore necessario a produrre la scarica); l'altro in cui il fenomeno disruptivo è preceduto da un fenomeno termico (e talvolta chimico) prodotto dall'energia che si dissipa nella massa per effetto delle "perdite dielettriche".

La complessità del fenomeno che causa la perforazione di un isolante mostra la necessità di detemiinare bene le condizioni di prova: esse devono essere il più possibile vicine al caso reale, vale a dire occorre operare su provini presentanti spessori e distribuzioni di campo simili al caso reale. Infatti nelle prove di rigidità in piccoli spessori di solito la perforazione avviene ai bordi degli elettrodi, perché ivi massima è la concentrazione del campo. Nei materiali non isotropi (ad esempio, formati da strati sovrapposti) la rigidità può variare molto nelle diverse direzioni.

Costante dielettrica. - Questa grandezza è definita come il rapporto tra la capacità che presenta un condensatore piano avente per dielettrico il corpo considerato, e la capacità dello stesso condensatore in cui fosse stata sostituita al dielettrico l'aria (v. condensatore). L'aria ha così una costante dielettrica unitaria.

Nei materiali impiegati nella tecnica la costante dielettrica non è di solito funzione del gradiente: è invece funzione (in generale crescente) della temperatura del dielettrico.

Conducibilità e resistività elettriche. - Nessun isolante elettrico quando sia sottoposto a una differenza di potenziale, impedisce completamente il passaggio dell'elettricità. La conducibilità è il coefficiente caratteristico che rappresenta l'intensità della corrente che attraversa, sotto la d. d. p. di un volt, un pezzo di sostanza avente la sezione di 1 cm² e la lunghezza di 1 cm. Talvolta invece s'indica la "resistività", che è l'inversa della conducibilità. La conducibilità degl'isolanti è assai variabile per una data sostanza con il variare della temperatura, dello stato igrometrico, della durata della sollecitazione elettrica, ed è accompagnata in molti casi da fenomeni di assorbimento elettrico. Per lo studio della conducibilita dei dielettrici occorre considerare separatamente i corpi gassosi dai liquidi e dai solidi.

Applicando una d. d. p. a un condensatore a dielettrico gassoso si constata [cessata la corrente di carica (i_d) del condensatore dovuta al fenomeno dello spostamento dielettrico] l'esistenza di una corrente (i_c) dovuta al moto di ioni nella massa gassosa. Essa risulta strettamente legata alle cause di ionizzazione del gas, ed è quindi costante, se queste ultime cause non variano. Si può quindi scrivere che la corrente (i) che attraversa il condensatore all'atto della carica è espressa da:

Sopprimendo la d. d. p. applicata al condensatore si ha una corrente di scarica:

Eseguendo la stessa prova con un dielettrico liquido la corrente, cessata la i_d, impiega un tempo più o meno lungo a raggiungere un valore costante. La corrente ora considerata è formata da due parti, una costante (i_c) dovuta alla conducibilità, e una (i_a) decrescente col tempo, dovuta all'assorbimento dielettrico. Si può cioè scrivere:

Un condensatore a dielettrico liquido all'atto della scarica si comporta quasi sempre come uno a dielettrico gassoso, vale a dire non presenta correnti residue. Solo in qualche caso si ha una piccola corrente che permane per un certo tempo dopo cessata la corrente di scarica.

Un condensatore a dielettrico solido presenta generalmente un fenomeno più complesso. Esso, durante e dopo la carica, si comporta come uno a dielettrico liquido (fomiula 3). All'atto della scarica del condensatore si ha, cessata la corrente normale di scarica (i_d′), una corrente decrescente col tempo, che può durare anche a lungo, e che si considera dovuta a un fenomeno inverso a quello dell'assorbimento (fig. 3):

Nella generalitaà dei casi:

Moltissime teorie sono state formulate per spiegare questi fenomeni. Esse possono riunirsi in due gruppi: quelle che mantenendo inalterate le proprietà di un dielettrico ideale attribuiscono le anomalie alla presenza d'impurità e inomogeneità; e quelle che spiegano le anomalie ammettendo movimenti di ioni e di elettroni, o fenomeni di dissociazione nel dielettrico. La conducibilità che viene indicata nelle prove industriali è quella che si ha trascorso un minuto dall'applicazione della d. d. p.

Perdite dielettriche. - Quando a un condensatore con dielettrico solido o liquido è applicata una d. d. p. alternativa, esso è percorso, oltre che dalla corrente di spostamento (in quadratura con la tensione), da una corrente (in fase) che corrisponde a una dissipazione di energia.

La potenza dissipata in un condensatore s'indica, o con i watt assorbiti, o mediante la resistenza che si deve porre in serie o in parallelo a un condensatore ideale senza perdite per ottenere il circuito equivalente al condensatore reale. Quando si vogliono individuare le caratteristiche del dielettrico dal punto di vista delle perdite di energia nelle condizioni di utilizzazione, si fornisce una delle seguenti indicazioni: potenza dissipata per unità di volume (W/cm³); perdite specifiche

vale a dire i watt dissipati nell'unità di volume per una sollecitazione unitaria (espressa in kV/cm. supposto che le perdite crescano con legge quadratica rispetto alla tensione); il fattore di potenza (cos ϕ, cotg ϕ) del condensatore contenente il dielettrico in prova, oppure l'angolo:

o anche sen δ, tg δ. Trattandosi di angoli piccolissimi, queste ultime notazioni sono equivalenti. Molte teorie sono state proposte per spiegare il fenomeno delle perdite, che risulta legato a quello dell'assorbimento, visto a proposito della conducibilità. Il fattore di potenza è funzione della frequenza e della temperatura del dielettrico. Esso cresce sempre fortemente quando la temperatura supera, a seconda dei materiali, i 50°÷100°.

Proprietà elettriche superficiali. - Esse sono individuate dalla rigidità superficiale (d. d. p. massima che in determinate condizioni può essere applicata senza dar luogo a scariche tra due conduttori distanti l, posti alla superficie del dielettrico, rapportata alla lunghezza l) e dalla conducibilità superficiale (intensità della corrente che passa su una striscia di superficie del dielettrico larga e lunga un cm. quando vi è applicata una d. d. p. di un volt.). Esse non sono costanti del materiale, ma dipendono molto dalle condizioni della superficie (levigata o meno, più o meno pulita, più o meno asciutta) e dal mezzo che è a contatto con la superficie stessa (aria, olio, ecc.).

Caratteristiche termiche dei dielettrici. - La conducibilità termica

ha una grande importanza per determinare quale temperatura si raggiunge nell'interno della massa del dielettrico, per effetto della dissipazione di energia nel dielettrico stesso. Il calore specifico per unità di volume

interviene nel problema termico degli isolanti, per i materiali solidi servendo a determinare la distribuzione delle temperature in regime. transitorio, per quelli liquidi e gassosi servendo al calcolo della ripartizione del calore per moti convettivi. La variazione di densità con la temperatura e la vischiosità dei dielettrici liquidi e gassosi interessano per il calcolo del calore sottratto per moti convettivi. La temperatura massima è la temperatura più alta che il dielettrico può sopportare senza alterarsi. La tensione massima per un dato pezzo, posto in date condizioni, è la tensione più alta che può essere applicata in modo permanente senza che nell'interno si superi la temperatura massima. Essa è funzione delle perdite dielettriche, della conducibilità termica e delle modalità con cui il calore viene ceduto all'ambiente circostante. La tensione limite è la tensione più alta che si può applicare a un determinato pezzo di dielettrico, posto in condizioni date, alla quale è ancora possibile raggiungere le condizioni di equilibrio termico nell'interno del pezzo.

Proprietà meccaniche. - Intervengono nel calcolo della resistenza meccanica del pezzo finito.

Materiali isolanti. - La maggiore o minore importanza che nelle applicazioni si dà all'una o all'altra delle proprietà meccaniche determina assieme al fattore economico, la scelta del materiale. Gl'isolanti elettrici usati nelle applicazioni fisiche ed elettrotecniche sono svariatissimi.

Cominciando dalle sostanze fornite direttamente dalla natura, occorre ricordare l'aria, che, avviluppando in moltissimi casi gli altri isolanti, determina con le sue caratteristiche dielettriche la ripartizione del campo e le proprietà superficiali degl'isolanti stessi. Tra gl'isolanti naturali ricorderemo il marmo e l'ardesia, usati solo per tensioni assai basse, dato il loro modesto potere isolante; l'asbesto, usato ove occorre un isolante flessibile e non combustibile; la steatite e i suoi derivati, oggi impiegati nella tecnica delle onde hertziane corte; la mica, ottimo materiale isolante, usato nei condensatori campione e dove occorrono alta rigidità, alto isolamento e basse perdite; la seta, adoperata per rivestire i conduttori degli apparecchi. Assai impiegati in fisica a causa della loro altissima resistività sono l'ambra, lo zolfo, la paraffina: quest'ultima sostanza, assieme agli olî minerali, trova larghe applicazioni nella tecnica come mezzo impregnante di altre sostanze isolanti porose.

Molto importanti, tra gl'isolanti artificiali, sono i materiali ceramici, quali la porcellana (usatissima per gl'isolatori di linea e per tutti quei casi in cui occorra un'alta rigidità connessa a una grande resistenza agli agenti atmosferici), e in grado minore la maiolica e il gres. Importante è pure il vetro, soprattutto nei tipi ricchi di silicati (Pyrex). Tra gl'isolanti artificiali sono usatissimi quelli fomiati da polveri o fogli d'isolanti naturali o artificiali (asbesto, mica, legno, cotone, carta) tenuti assieme da sostanze solide impregnanti, quali le lacche e le resine naturali o artificiali. Da ricordarsi in questa categoria, per il largo uso che se ne fa in elettrotecnica, le micaniti (a base di foglietti di mica e lacche) e le carte bachelizzate (a base di fibre o fogli di carta tenute assieme con la bakelite, prodotto di polimerizzazione di fenoli con aldeidi).

Altri isolanti assai importanti nelle costruzioni elettromeccaniche sono il cotone impregnato (con resine, lacche, od olî) e la carta, che, impregnata d'olio o di miscele, serve per la costruzione dei cavi per il trasporto dell'energia e per i condensatori industriali. Anche il caucciù trova moltissime applicazioni formando, trasformato in gomma attraverso i processi di vulcanizzazione, l'isolamento dei conduttori flessibili, o, quando la vulcanizzazione sia spinta fino a ottenere ebanite, servendo da isolante negli apparecchi elettrici di misura. Ricorderemo infine l'importantissima categoria degl'isolanti naturali liquidi formata dagli olî minerali, d'impiego grandissimo, oltre che come impregnanti, nei trasformatori statici in cui occorre isolare e disperdere il calore prodotto, e negli interruttori di grande potenza in cui l'olio facilita lo spegnimento dell'arco.

Bibl.: F. W. Peeck, Dielectric Phenomena in High Voltage Engineering, New York 1920; H. Schering, Die Isolierstoffe der Elektrotechnik, Berlino 1924; A. Schweiger, Elektrische Festigkeitslehre, Berlino 1925; A. Roth, Hochspannungstechnik, Berlino 1927; J. B. Whitehead, Diélectriques et isolants, Parigi 1928; A. Gemant, Elektrophysik der Isolierstoffe, Berlino 1930; L. Emanueli, Cavi ad alta tensione, Milano 1930.