Los Dielectricos

1. Dieléctricos.


Los materiales dieléctricos se caracterizan por ser prácticamente aislantes debido a que sus cargas, denominadas cargas ligadas, por que se encuentran ligadas a sus átomos, no tienen tanta libertad de movimiento como en los conductores. Estos materiales están compuestos por átomos y moléculas cuya distribución interna de cargas se modifica en presencia de un campo eléctrico.Los dieléctricos son un material utilizado principalmente en la fabricación de condensadores para obtener una cierta capacidad, ya que la presencia del material dieléctrico afecta de la siguiente manera a los condensadores:

[pic]; Donde C0 es el valor de la capacitancia del condensador sin material dieléctrico, o con el aire como material dieléctrico y K es la constante dieléctrica delmaterial, esto quiere decir que el material dieléctrico aumenta la capacitancia en un factor k cuando el material dieléctrico llena por completo la región entre las placas del capacitor. A continuación se presenta una tabla de los materiales dieléctricos mas utilizados en la fabricación de condensadores, presentando en ella algunas de sus propiedades principales.

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Tabla extraída del Librode Física de Resnick cuarta edición.



1.1 Tipos de Dieléctricos.

Las moléculas de los dieléctricos pueden ser de dos tipos:

- Polares: Las moléculas o átomos que los forman poseen momento dipolar permanente. Ejemplo el agua.
- No Polares: Las moléculas o átomos que lo forman no tienen momento dipolar en ausencia de campo eléctrico aplicado, es decir, no poseen momentopermanente. Ejemplos: el Oxigeno y Nitrógeno.
1.2 Proceso de Polarización.

- Influencia de un campo eléctrico en un dieléctrico tipo polar
Las moléculas de algunos dieléctricos tienen la propiedad de que la distribución interna de sus cargas no es simétrica.
En estos casos la parte positiva y negativa de cada molécula están separadas una de otra.
Si al dieléctrico se le aplica un campoeléctrico, estas moléculas llamadas dipolos, no se desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales, sino que se orientan según el campo aplicado.
Con esta situación se dice que el dieléctrico ha sido polarizado. Cuando el campo eléctrico desaparece, las moléculas vuelven a su estado original. Tal como se muestra en la Figura 1.
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En general, la alineación aumentará al reducirse latemperatura e incrementarse el campo eléctrico.
- Influencia de un campo eléctrico en un dieléctrico tipo no polar
Este tipo de dieléctrico está constituido por moléculas simétricas, desde el punto de vista de distribución de cargas. Cuando se aplica un campo eléctrico intenso a este dieléctrico, las moléculas se transforman en dipolos orientados según el campo aplicado.
En este tipo depolarización, cuando el campo eléctrico desaparece, las moléculas recobran simetría anterior. De forma similar al caso de la polarización de un conductor, la polarización de un dieléctrico es producida por la energía transportada por el campo eléctrico.
Si las moléculas del material dieléctrico no son polares, entonces el campo eléctrico debido a las placas produce cierta separación de la carga, así como unmomento de dipolo inducido. Estos momentos tienden a alinearse con el campo externo, y el dieléctrico se polariza. Entonces, es posible polarizar un material dieléctrico mediante un campo externo, independientemente de que las moléculas sean polares o no polares.
1.3 Relación entre el campo eléctrico en un medio dieléctrico y la carga libre de un capacitor utilizando la LEY DE GAUSS.
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Lafigura muestra al capacitor con y sin dieléctrico. Para el análisis se hace la suposición que la carga q en las placas es la misma en cada caso. Se dibuja una superficie gaussiana sobre ellas y se analiza de la siguiente manera:
Si no existe un dieléctrico entre las dos placas del capacitor como en la figura 3(a) la Ley de Gauss da:
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O sea: (1)

Si el dieléctrico está presente entre...