Dielectricos

MATERIALES DIELÉCTRICOS O AISLANTES
1.- Introducción
Idealmente son unos materiales donde todos los electrones de valencia de los
átomos o moléculas, que se aglutinan para formar el agregado macroscópico (sólido,
líquido o gas), participan en el enlace, quedando fuertemente ligados a los núcleos, de
modo que no existen electrones de conducción (portadores de carga libres) capaces de
desplazarsepor el volumen del material. En los dieléctricos reales, dependiendo de las
condiciones de trabajo del material, pueden romperse algunos enlaces y establecerse
corrientes muy pequeñas, llamadas corrientes de fuga. Salvo que digamos lo contrario
estos medios se comportarán idealmente no existiendo corrientes de fugas.
Con carácter general podemos decir que dada una distribución cualquiera de
carga{qi > 0 , ri+ }iN=1 y {q j < 0 , r j− }Mj=1

se definen los centros de acción de las

cargas positivas y negativas respectivamente por los vectores de posición
M

N

∑
∑

qi ri

r+ =

i =1
N

∑
∑

q j rj−

+

y r− =
qi

i =1

j =1
M

qj

j =1

En el caso de los átomos que forman la estructura de los dieléctricos tenemos las
siguientes características M = N , qi = + q , q j = − q , y por tanto severifica

r+ =

1
N

N

∑

ri + y r − =

i =1

1
N

N

∑ r j−
i =1

Dependiendo de la relación entre estos dos vectores de posición que definen los
centros de acción de la carga positiva y negativa se induce una primera clasificación de
los medios dieléctricos.
a.- Si se verifica que r + = r − cada átomo o molécula del material no presenta momento
dipolar. A estas sustancias se les llama MEDIOSDIELÉCTRICOS APOLARES cuyos
materiales más representativos suelen ser sustancias sólidas

Si Eext = 0 ⇒ pa = 0; ∆pi = dpi = 0

Si Eext ≠ 0 ⇒ ∆pi = dpi ≠ 0 . Se dice que el dieléctrico se polariza (Polarización
electrónica o molecular)
b.- Si se verifica que r + ≠ r − cada átomo o molécula del material presenta momento
dipolar. A estas sustancias se les llama MEDIOS DIELÉCTRICOS POLARES cuyoselementos más representativos suelen ser sustancias fluidas

Si Eext = 0 ⇒ pa ≠ 0; ∆pi = dpi = 0
Si Eext ≠ 0 ⇒ ∆pi = dpi ≠ 0 . Se dice que el dieléctrico se polariza (Polarización por
orientación)
Dichos mecanismos pueden verse esquemáticamente en el cuadro siguiente.

En resumen, todos los procesos de polarización nos llevan a poder asociar a
algunos o a todos los elementos de volumen del material unosmomentos dipolares
eléctricos ∆V ↔ ∆p =

∑

pi

i∈∆V

En la figura siguiente se muestra el proceso de polarización para un átomo de
hidrógeno.

¿Cuál es el efecto neto de situar un medio dieléctrico en una región donde existe
un campo eléctrico E0 ?
Las cargas eléctricas no pueden moverse por el volumen del material por acción
del campo eléctrico, proceso que si era posible en los mediosconductores, sino que este
sólo puede desplazar ligeramente las cargas de un material apolar u orientar los dipolos
de un medio polar. En esencia se crean y/u orientan dipolos en el mismo sentido del
campo eléctrico inicial que actúan conjuntamente y generan un campo eléctrico Edipolar
que se opone al inicial pero que no es lo suficientemente intenso para anularlo como
ocurría en los medios conductores.Las cargas que forman los dipolos, ya hayan sido
creados u orientados, se denominan cargas de polarización o cargas ligadas ya que no
pueden abandonar las inmediaciones del átomo al que pertenecen; dichas cargas las
nombraremos mediante variables con prima. En consecuencia en el medio dieléctrico
habrá un campo eléctrico ED ≠ 0 que es
ED = E0 + Edipolar < E0
2.- Polarización eléctrica P

Si uncampo eléctrico actúa sobre un medio material dieléctrico entonces se
generan u orientan dipolos que quedan colocados de modo que sus momentos dipolares
sean, predominantemente, paralelos al campo eléctrico en cada punto. La orientación en
los casos reales no es total ya que las fuerzas de cohesión de los distintos elementos del
material pueden impedir el giro total de las moléculas o la temperatura...