Naterials dialecrics

IntroducciónExisten dos tipos de moléculas las moléculas polares y las moléculas no polares.Las moléculas polares son aquellas en las que no coincide el centro de distribución de cargas positivas y el de las negativas, el ejemplo más significativo es el agua. Los iones hidrógeno no están alineados y dispuestos simétricamente a uno y otro lado del ión oxígeno, sino que tienen una disposicióntriangular. Las moléculas no polares son aquellas en las que coincide el centro de distribución de las cargas positivas y negativas. Las moléculas de oxígeno, nitrógeno, compuestas por dos átomos iguales pertenecen a esta categoría.Las moléculas polares bajo la acción de un campo eléctrico experimentan un par de fuerzas que tienden a orientarlas en el sentido del campo. Las moléculas no polares, sehacen polares en presencia de un campo eléctrico, ya que las fuerzas sobre cada tipo de carga son iguales y de sentido contrario.Los dieléctricos se emplean en los condensadores para separar físicamente sus placas y para incrementar su capacidad al disminuir el campo eléctrico y por tanto, la diferencia de potencial entre las mismas. La constante dieléctrica es la propiedad que describe elcomportamiento de un dieléctrico en un campo eléctrico y permite explicar, tanto el aumento de la capacidad de un condensador como el índice de refracción de un material transparente.Con el programa interactivo de esta página, experimentaremos con un modelo de sustancia dieléctrica consistente en un número pequeño, pero suficiente de moléculas. Distinguiremos entre el comportamiento individual de cadamolécula, y el comportamiento de la muestra en su conjunto. Veremos como este comportamiento se ajusta a la denominada ley de Langevin, deducida para un número muy grande de moléculas. DescripciónUn dipolo eléctrico es un sistema formado por dos cargas iguales q y de signo contrario, separadas una distancia d. Se define el momento dipolar p, como un vector cuyo módulo es el producto de la carga q por laseparación entre cargas d, de dirección la recta que las une, y de sentido de la negativa a la positiva.Los momentos dipolares de algunas moléculas se recogen en la siguiente tabla: Moléculas | Momento dipolar ·10-30 C·m |
Agua | 6.2 |
Nitrobenceno | 13.2 |
Fenol | 5.2 |
Clorhídrico | 3.5 |
Bromhídrico | 2.6 |
Iodhídrico | 1.3 |
  | Sobre un dipolo situado en un campo eléctricoactúa un par fuerzas cuyo momento tiende a orientar al dipolo en la dirección del campo. Sin embargo, esta tendencia está contrarrestada por la agitación térmica de las moléculas. Para cada campo y cada temperatura, tendremos una orientación media resultado del compromiso entre ambas tendencias contrapuestas. |
La energía de un dipolo en un campo eléctrico E es U= -p·E= -pEcos  La polarización de lasustancia es P=Np, donde N es el número de moléculas y p es el valor medio de la componente del momento dipolar en la dirección del campo. De acuerdo con la fórmula de la estadística clásicadonde exp(-U/kT) es la probabilidad de que un dipolo esté orientado según un ángulo sólido comprendido entre  y +d.  El área sombreada de la figura, es dπ·sinθ·dθ. La integración conduce a la siguientefunción conocida como ley de LangevinCasos particulares: * Cuando u1, es decir, para grandes valores del campo o bajas temperaturas, P=NpP tiende hacia un valor constante que es su valor máximo. ActividadesSe selecciona el tipo de moléculas polares en el control de selección titulado Moléculas Se introduce * la intensidad del campo eléctrico (en unidades 107 N/C), en el control de edicióntitulado Campo eléctrico. * la temperatura en kelvin, en el control de edición titulado Temperatura. Se pulsa el botón titulado CalcularSe muestra el estado de cada molécula representada por una flecha: en color azul, aquellas cuyo momento dipolar está orientadas en el sentido del campo, y en color rojo, las que están orientadas en sentido contrario al campo. El programa calcula la polarización...