Materiales dieléctricos

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación Cultura y Deporte
U. E. N Juan Antonio Pérez Bonalde
Año: 2cs Sección: D
Área: Física
Ocumare del Tuy 29 de Enero del 2004
Dieléctricos
Dieléctrico: Sustancia que es mala conductora de la electricidad y que amortiguará la fuerza de un campo
eléctrico que la atraviese. Algunos dieléctricos pueden ser: el vidrio, la madera o el plástico.
Constante Dieléctrica: Faraday descubrió que cuando el espacio entre los dos conductores de un
condensador se ve ocupado por un dieléctrico, la capacidad aumenta en un factor K que es característico del
dieléctrico.
Ejemplo: Supongamos que se conecta un condensador de capacidad Co a una pila que lo carga a una
diferencia de potencial Vo poniendo una carga Qo = Co Vo en las placas. Si la pila se desconecta a
continuación y se inserta un dieléctrico en el interior del condensador, rellenando todo el espacio entre las
placas, la diferencia de potencial disminuye hasta un valor nuevo .
V = Vo
K
Puesto que la carga original Qo está todavía sobre las placas, la nueva capacidad es
C = Qo = Kqo = Kco
V Vo
El La eficacia de los dieléctricos se mide por su relativa capacidad de almacenar energía y se expresa en
términos de constante dieléctrica (también denominada permitividad relativa), tomando como unidad el valor
del vacío. Los valores de esa constante varían desde poco más de 1 en la atmósfera hasta 100 o más en
ciertas cerámicas que contienen óxido de titanio. El vidrio, la mica, la porcelana y los aceites minerales, que
a menudo se utilizan como dieléctricos, tienen constantes entre 2 y 9. La capacidad de un dieléctrico de
soportar campos eléctricos sin perder sus propiedades aislantes se denomina resistencia de aislamiento o
rigidez dieléctrica. Un buen dieléctrico debe devolver un gran porcentaje de la energía almacenada en él al
invertir el campo. Los dieléctricos, especialmente los que tienen constantes dieléctricas altas, se emplean
ampliamente en todas las ramas de la ingeniería eléctrica para incrementar la eficacia de los condensadores.
La polarización Molecular de un dieléctrico: En la mayoría de los casos, las propiedades de un dieléctrico
son producto de la polarización de la sustancia. Al colocar un dieléctrico en un campo eléctrico, los
electrones y protones que constituyen sus átomos se reorientarán a sí mismos, y en algunos casos las
moléculas se polarizarán de igual modo. Como resultado de esta polarización, el dieléctrico queda sometido
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a una tensión, almacenando energía que quedará disponible al retirar el campo eléctrico. La polarización de
un dieléctrico es similar a la que se produce al magnetizar un trozo de hierro. Como en el caso de un imán,
parte de la polarización se mantiene al retirar la fuerza polarizadora. Un dieléctrico compuesto de un disco
de parafina endurecido al someterlo a una tensión eléctrica mantendrá su polarización durante años. Estos
dieléctricos se denominan electretos.
Las densidades de las cargas ligadas en las caras del dieléctrico: son debidas a los desplazamientos de las
caras moleculares positivas o negativas próximas a las superficies exteriores o cargas. Este desplazamiento
se debe al campo eléctrico externo del condensador. La carga en el dieléctrico, llamada carga ligada, no está
libre para moverse de un modo semejante a como lo están las cargas ordinarias en las placas de un
condensador que son conductoras. Aunque desaparecen al extinguirse en el campo eléctrico exterior,
producen un campo eléctrico semejante al producido por cualquier otra carga. Relacionaremos la densidad
de la carga ligada Ob a la constante dieléctrica K y a la densidad de carga superficiales Of situada sobre las
placas del condensador, a la que llamaremos densidad de carga libre, ya que es libre de moverse en el
conductor en lugar de quedar ligada a las moléculas, como ocurre en el caso de la densidad de carga ligada.
Las tres funciones de un dieléctrico de un dieléctrico:
Proporciona un medio mecánico para separar los dos conductores, que deben estar muy próximos con objeto
de obtener una capacidad grande.
La resistencia a la ruptura del condensador aumenta debido a que la resistencia a la ruptura de un
dieléctrico es generalmente mayor que la del aire. Ya hemos mencionado que la resistencia a la ruptura del
aire es 3 X 10 V/ m= 3kV/ mm. Los campos superiores a este valor no pueden mantenerse en el aire debido a
la ruptura del dieléctrico; es decir, el aire empieza a resultar ionizado y conduce la electricidad. Muchos
materiales tienen una resistencia a la ruptura dieléctrica mayor que la del aire, permitiendo una diferencia
de potencial mayores entre los conductores que forman las placas de un condensador.
Un ejemplo de estas tres funciones del dieléctrico es un condensador de láminas plano−paralelas formado
por dos hojas de metal de área grande(para aumentar la capacidad) separadas por una hoja de papel.
papel aumenta la capacidad debido a su polarización; es decir, K es mayor que 1. También proporciona una
separación mecánica de modo que las hojas metálicas pueden estar muy cercanas sin llegar a ponerse en
contacto eléctrico. (Es importante que la separación sea pequeña debido a que la capacidad varia
intensamente con la separación.) Finalmente la resistencia del papel a la ruptura es mayor que la del aire, de
modo que pueden obtenerse mayores diferencias de potencial.
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