Dielectricos

Introducción


Un dieléctrico es un material no conductor, como el caucho el vidrio o el papel encerado, cuando un material dieléctrico se inserta entre las placas de un capacitor aumenta la capacitancia. Si el dieléctrico llena por completo el espacio entre las placas, la capacitancia aumenta en un factor adimensional k. conocido como constante dieléctrica. La constante dieléctrica esuna propiedad del material y varía de un material a otro.
Para cualquier separación dada d, el máximo voltaje que puede aplicarse a un capacitor sin producir una descarga depende de su resistencia dieléctrica (campo eléctrico máximo) del dieléctrico. Si la magnitud del campo eléctrico en el dieléctrico superara a la resistencia dieléctrica, las propiedades aislantes se deterioran y el dieléctricoempieza a conducir. Los materiales aislantes tienen valores de k más grandes que la unidad y resistencias dieléctricas mayores que las del aire, de este modo, se ve que un dieléctrico brinda las siguientes ventajas:

Aumenta la capacitancia.
Aumenta el voltaje de operación máximo.
Posible soporte mecánico entre las placas, lo cual permite que las placas estén muy juntas sin tocarse, de estemodo d disminuye y C aumenta.
La resistencia dieléctrica es igual al campo eléctrico máximo que puede existir en un dieléctrico sin ruptura eléctrica.

Materiales dieléctricos en campos eléctricos

Los materiales dieléctricos son permeables con campo eléctrico, es decir no bloquean el CE. Éste los puede atravesar sin dificultad alguna. Los modelos que se presentan a continuación describen elcomportamiento diferenciado de materiales dieléctricos sometidos a un campo eléctrico.

1.1 Comportamiento de un dieléctrico en un campo electrostático

Los medios dieléctricos, o aislantes, no poseen portadores de carga libres, capaces de desplazarse a través del medio bajo la influencia de campos eléctricos; sin embargo, las moléculas que forman su estructura pueden sufrir cambios en suorientación o pequeños desplazamientos. A este efecto se le denomina polarización del material. Un medio dieléctrico polarizado crea a su vez un campo eléctrico que se superpone al campo excitador, dando lugar a un campo final en el equilibrio diferente al que ocuparía el espacio si no hubiese dieléctrico.
El estudio de los fenómenos electrostáticos en medios dieléctricos se realiza a partir de modelosmicroscópicos en los que se asume la existencia de dipolos ideales como los elementos constitutivos del material. Estos dipolos simulan el estado de polarización atómica o molecular.


Existen básicamente dos tipos de medios dieléctricos: los dieléctricos polares, constituidos por moléculas orientadas eléctricamente, y los dieléctricos no polares, en los que las moléculas tienen un momentodipolar nulo cuando sobre ellas no actúan campos externos. Los primeros no presentarán usualmente un efecto macroscópico neto de forma espontánea, porque el estado de mínima energía coincide con aquel en que las orientaciones de los dipolos elementales son arbitrarias, y el efecto global se cancela. La presencia de un campo exterior es lo que provoca una orientación preferente de los dipolos enla dirección del campo, y un efecto macroscópico medible. En el caso de los dieléctricos no polares, un campo exterior puede todavía producir un desequilibrio microscópico de las cargas, con lo que provoca simultáneamente la creación y la orientación de los dipolos, con efectos netos apreciables. Es claro, sin embargo, que existirán moléculas o cristales elementales cuyo comportamiento eléctricodeba caracterizarse más cuidadosamente, por ejemplo con la inclusión de cuadripolos elementales.


En teoría de campos es interesante el estudio de los efectos macroscópicos. De hecho, el modelo atómico, por su naturaleza discreta, es el modelo opuesto a la teoría de campos clásica que, por definición, sólo trata con medios continuos. Por esto un átomo, una molécula, un portador de...