Dielectricos

Concepto de dieléctrico.
Un dieléctrico es un material no conductor, como el caucho, el vidrio o el papel encerado que cuando se inserta entre las placas de un capacitor aumenta la capacitancia. De donde decimos que sí el dieléctrico llena por completo el espacio entre las placas de un capacitor, la capacitancia aumenta en un factor adimensional k, conocido como constante dieléctrica ().Ilustración 1
a) Con aire entre las placas, el voltaje a través del capacitor es , la capacitancia es y la carga es .
b) Con un dieléctrico entre las placas, la carga permanece como , pero el voltaje y la capacitancia cambian. [1]



Un dieléctrico brinda las siguientes ventajas:
Aumenta la capacitancia de un capacitor.
Aumenta el voltaje de operación máxima de un capacitor.
Puedeproporcionar soporte mecánico entre las placas conductoras, lo cual permita que las placas estén muy juntas sin tocarse, de este modo la distancia disminuye y la capacitancia aumenta.
Permite que las placas flexibles de hoja metálica se enrollen en un cilindro, dando al capacitor un tamaño más compacto (y por ello más práctico).


Ilustración 2
Un tipo común de capacitor (Cilíndrico) utilizaláminas dieléctricas para separar los conductores. [1]
De esta forma las placas conductoras pueden estar muy cerca y sin tocarse.


La constante dieléctrica es una propiedad que caracteriza al tipo de material (y su temperatura) y varía de un material a otro. No depende del tamaño ni de la forma del objeto del cual está hecho el material, y además es mayor que 1. En la siguiente tabla se muestranalgunos valores de la constante dieléctrica de varios materiales a temperatura ambiente además de su resistencia dieléctrica.
Material
Constante dieléctrica
Resistencia dieléctrica (V/m)
Aire (seco)
1.00059
3 x
Baquelita
4.9
24 x
Vidrio de cuarzo
3.79
8 x
Goma de neopreno
6.7
12 x
Nailon
3.4
14 x
Papel
3.7
16 x
Poliestireno
2.56
24 x
Cloruro de polivinilo
3.4
40 xPorcelana
6
12 x
Vidrio pyrex
5.6
14 x
Aceite de silicio
2.5
15 x
Titanato de estroncio
233
8 x
Teflón
2.1
60 x
Vacío
1.00
̶
Agua
80
̶
( ª )La resistencia dieléctrica es igual al campo eléctrico máximo que puede existir en un dieléctrico sin ruptura eléctrica. Adviértase que estos valores dependen enormemente de la presencia de las impurezas e imperfecciones en losmateriales.


Tipos de Dieléctrico

La explicación de por qué un dieléctrico aumenta la capacitancia de un capacitor se basa en una descripción atómica del material, que a su vez involucra una propiedad de algunas moléculas llamadas polarización.
De acuerdo al tipo de moléculas que poseen los dieléctricos, estos pueden ser:
Dieléctricos Polares
En este tipo de dieléctricos, los dipolos(moléculas polares) se orientan aleatoriamente en ausencia de un campo eléctrico, como se puede ver en a). Sin embargo, cuando hay un campo eléctrico externo debido a las cargas en las placas del capacitor, se produce un momento de torsión en los dipolos de tal forma que estos quedan parcialmente alineados con el campo, como se muestra en b).

Dieléctricos No Polares
En este caso, el campo eléctricodebido a las placas produce cierta separación de carga y un momento de dipolo inducido. Dichos momentos de dipolo inducido tienden a alinearse con el campo externo.


Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. Y de acuerdo a su composición y estado se clasifican de la siguiente manera:
Sólidos
Los dieléctricos sólidos son quizás los dieléctricos más de uso general dela ingeniería eléctrica, y muchos sólidos son aislantes muy buenos. Algunos ejemplos incluyen porcelana, cristal, el papel, la goma y la mayoría de los plásticos así como las cintas sintéticas: tereftalato de polietileno (PET), naftalato de polietileno (PEN) y sulfido de polifenileno (PPS) que se utilizan para envolver los conductores magnéticos de los bobinados. Tienen excelentes propiedades...