campo electricos en medios dielectricos
Páginas: 9 (2181 palabras)
Publicado: 24 de mayo de 2014
CAMPO ELÉCTRICO EN MEDIOS DIELÉCTRICOS
Tipos de materiales dieléctricos
Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos losmateriales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.
En los dieléctricos las cargas no pueden desplazarse libremente y sólo pueden producirse en pequeñas rotaciones en torno a un punto de equilibrio fijo según veremos a continuación.
a)Materiales No Polares:
Para entender el efecto macroscópico de un campo eléctrico sobre un material dieléctrico
Consideremosun átomo de un dieléctrico formado por una nube de electrones cuya carga
Negativa neta es –Q y un núcleo fijo consistente de cargas positivas con carga total Q,
Según se muestra en la
Al aplicar un campo eléctrico externo la configuración de cargas experimenta una leve
Deformación según se muestra en la Figura (2) (se desprecian los efectos de los propios campos de las cargas entre sí):Desde una cierta distancia (mucho mayor que las distancias atómicas) esta deformación puede representarse mediante un dipolo de la forma
Así entonces, al aplicar un campo externo el material presentará pequeños desplazamientos de sus electrones en torno a una posición de equilibrio, los cuales pueden representarse a través de dipolos.
Notar que eneste modelo, el material no posee dipolos con antelación a la aplicación del
Campo externo . Por ello estos materiales se llaman no polares.
b) Materiales Polares:
Existen otros materiales, que por su estructura molecular poseen dipolos en forma natural, Los cuales se encuentran generalmente orientados en forma aleatoria, tal como se muestra En la Figura (4). Estos materiales se llaman polares(constituidos de moléculas polares).
En estos materiales, al aplicar un campo eléctrico externo se produce una alineación de los dipolos:
En estos materiales tampoco se produce una traslación significativa de cargas ya que su estructura atómica impide el movimiento (fuerzas inter-nucleares).
Vector polarización
Consideremos un diferencial de volumen en un mediodieléctrico polar. En su
Interior existen numerosos dipolos elementales (microscópicos) con orientaciones arbitrarias .La suma de todos los momentos dipolares microscópicos es un diferencial de momento dipolar.
=……………………. (1)
Cuando el medio está inmerso en el seno de un campo eléctrico, los dipolos elementales se orientan en la dirección del campo. La inspección del momento dipolardiferencial de los diferenciales de volumen nos da información de la presencia y del valor del campo eléctrico total que está actuando sobre el material. Se define el vector polarización como la densidad de momento dipolar por unidad de volumen.
= (c/)…………………………… (2)
Esta magnitud define completamente el estado de polarización del medio, en la misma medida que el momento dipolar es una caracterizacióncompleta de un dipolo elemental. Es un campo vectorial definido en todo el volumen del dieléctrico, que tomará habitualmente diferentes valores en los diferentes puntos del material, ya que el estado de polarización no tiene por qué ser uniforme. En figura (A) se representa esquemáticamente todo lo anterior.
Campo y potencial en el exterior de un dieléctrico
Cadaelemento de volumen V´ alrededor de un punto tiene un momento dipolar:
= ()V’
El cual produce en un punto (muy alejado ) el potencial eléctrico:
U () = ………. (a)
El potencial electrostático en un punto , exterior al material debido a un trozo infinito de dieléctrico polarizado es, según el principio de superposición:
U () = …………………. (b)
Donde es el volumen del material dieléctrico....
Tipos de materiales dieléctricos
Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos losmateriales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.
En los dieléctricos las cargas no pueden desplazarse libremente y sólo pueden producirse en pequeñas rotaciones en torno a un punto de equilibrio fijo según veremos a continuación.
a)Materiales No Polares:
Para entender el efecto macroscópico de un campo eléctrico sobre un material dieléctrico
Consideremosun átomo de un dieléctrico formado por una nube de electrones cuya carga
Negativa neta es –Q y un núcleo fijo consistente de cargas positivas con carga total Q,
Según se muestra en la
Al aplicar un campo eléctrico externo la configuración de cargas experimenta una leve
Deformación según se muestra en la Figura (2) (se desprecian los efectos de los propios campos de las cargas entre sí):Desde una cierta distancia (mucho mayor que las distancias atómicas) esta deformación puede representarse mediante un dipolo de la forma
Así entonces, al aplicar un campo externo el material presentará pequeños desplazamientos de sus electrones en torno a una posición de equilibrio, los cuales pueden representarse a través de dipolos.
Notar que eneste modelo, el material no posee dipolos con antelación a la aplicación del
Campo externo . Por ello estos materiales se llaman no polares.
b) Materiales Polares:
Existen otros materiales, que por su estructura molecular poseen dipolos en forma natural, Los cuales se encuentran generalmente orientados en forma aleatoria, tal como se muestra En la Figura (4). Estos materiales se llaman polares(constituidos de moléculas polares).
En estos materiales, al aplicar un campo eléctrico externo se produce una alineación de los dipolos:
En estos materiales tampoco se produce una traslación significativa de cargas ya que su estructura atómica impide el movimiento (fuerzas inter-nucleares).
Vector polarización
Consideremos un diferencial de volumen en un mediodieléctrico polar. En su
Interior existen numerosos dipolos elementales (microscópicos) con orientaciones arbitrarias .La suma de todos los momentos dipolares microscópicos es un diferencial de momento dipolar.
=……………………. (1)
Cuando el medio está inmerso en el seno de un campo eléctrico, los dipolos elementales se orientan en la dirección del campo. La inspección del momento dipolardiferencial de los diferenciales de volumen nos da información de la presencia y del valor del campo eléctrico total que está actuando sobre el material. Se define el vector polarización como la densidad de momento dipolar por unidad de volumen.
= (c/)…………………………… (2)
Esta magnitud define completamente el estado de polarización del medio, en la misma medida que el momento dipolar es una caracterizacióncompleta de un dipolo elemental. Es un campo vectorial definido en todo el volumen del dieléctrico, que tomará habitualmente diferentes valores en los diferentes puntos del material, ya que el estado de polarización no tiene por qué ser uniforme. En figura (A) se representa esquemáticamente todo lo anterior.
Campo y potencial en el exterior de un dieléctrico
Cadaelemento de volumen V´ alrededor de un punto tiene un momento dipolar:
= ()V’
El cual produce en un punto (muy alejado ) el potencial eléctrico:
U () = ………. (a)
El potencial electrostático en un punto , exterior al material debido a un trozo infinito de dieléctrico polarizado es, según el principio de superposición:
U () = …………………. (b)
Donde es el volumen del material dieléctrico....
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