Materiales dielectricos

Introducción materiales dieléctricos.
En este trabajo se aborda el estudio de los materiales dieléctricos que se caracterizan por ser prácticamente aislantes debido a que sus cargas, denominadas cargas ligadas, 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 uncampo eléctrico, de manera que las cargas negativas se desplazan con respecto de las positivas dando lugar, a su vez, a la modificación del campo eléctrico.
Para el análisis de estos materiales será muy útil el concepto de dipolo eléctrico que caracterizaremos mediante una magnitud vectorial denominada momento dipolar
El paso siguiente es la representación de un material dieléctrico como unconjunto de dipolos elementales bien porque esté constituido por moléculas polares o bien porque, aun siendo no polares, se polarizan cuando el material se encuentra en presencia de un campo eléctrico
En función de lo anterior, se introduce una magnitud definida como el momento dipolar por unidad de volumen, que permite caracterizar un material dieléctrico desde el punto de vista eléctrico. Estamagnitud es la polarización eléctrica.
Se completa el estudio del campo eléctrico en presencia de materia con la aplicación del teorema de Gauss en dieléctricos. Para ello se aplica el mencionado teorema a un condensador con un dieléctrico entre palcas y se obtiene el campo eléctrico en el interior del dieléctrico como suma de dos contribuciones, una debida a las cargas libres y otra a las cargasligadas.
Ahora bien, puesto que las cargas sobre las que se puede tener control en el laboratorio son las cargas libres, interesa definir un vector de campo que verifique que el flujo a través de una superficie cerrada dependa únicamente de las cargas libres, sin tener en cuenta el dieléctrico. Esto nos permite definir el vector desplazamiento eléctrico.
Considerando de nuevo el punto de vistamicroscópico, analizamos la dependencia de la polarización con el campo eléctrico. Los dieléctricos presentan, en ausencia de campo eléctrico, un momento dipolar neto nulo puesto que, aunque sus moléculas constituyentes sean polares, éstas estarán orientadas al azar. La aplicación de un campo eléctrico provocará la orientación de los dipolos en el caso de moléculas polares y la generación de dipolosde inducidos en las moléculas apolares debido al desplazamiento de las cargas. El resultado será una polarización distinta de cero. La polarización es, por tanto, una función del campo eléctrico y la magnitud que los relaciona se denomina susceptibilidad eléctrica.
Continuaremos con la permitividad dieléctrica que es la propiedad que describe el comportamiento de un dieléctrico en un campoeléctrico.
Para completar la descripción general de los dieléctricos desde el punto de vista macroscópica, se clasificarán atendiendo al comportamiento de la susceptibilidad en función del campo eléctrico: dieléctricos homogéneos, lineales y escalares.
1)Descripción macroscópica del comportamiento de los dieléctricos en presencia de campos electrostáticos externos.
1.1)Concepto de dipolo eléctrico.Vector momento dipolar:
El dipolo eléctrico se define como la agrupación de dos cargas puntuales iguales y de signo opuesto separadas por cierta distancia, generalmente del orden d las dimensiones atómicas. Uno de los aspectos más característicos de los dipolos eléctricos es que su comportamiento eléctrico esta determinado fundamentalmente por la magnitud del MOMENTO DIPOLAR, u, definido como:
U =q · d
Donde “q” es el valor absoluto de una de las cargas eléctricas y “d” representa el vector distancia dirigido desde la carga negativa hacia la carga positiva.
El interés por el estudio de los dipolos eléctricos también reside en que las agrupaciones de las cargas que constituyen la materia, cuando se encuentran en presencia de un campo eléctrico se comportan de forma aproximada a como...