Dieléctricos

Andros Asahel Martínez Trinidad; 146297

Proyecto final de ciencia de materiales

Fecha 3 de diciembre del 2013

Materiales dieléctricos

Hoy en día la expansión científica se puede considerar como un cambio drástico en la sociedad, conforme pasan los años el lapso de espera para nuevos descubrimientos disminuye; esto quiere decir que las propiedades de ciertas moléculas cada vez son más explotadas para el beneficio del ser humano. La ciencia de los materiales no solo involucra el comportamiento molecular de un compuesto frente al medio ambiento o a cualquier otro medio inducido por el hombre sino también los beneficios que estás propiedades pueden traer hacia la humanidad.

En este reporte, se hablará de un tipo de material de alta importancia en distintos sectores conocido como dieléctrico. Un material dieléctrico (comúnmente cerámico) es aquel con muy mala conductividad eléctrica, sin embargo no se debe confundir el término aislante con dieléctrico ya que todos los dieléctricos son aislantes pero no todos los aislantes son dieléctricos. En una definición sencilla un aislante se utiliza para soportar un campo eléctrico alto y un dieléctrico se utiliza para alternar campos eléctricos en la sustancia o material.

¿Pero qué es lo que diferencia a un dieléctrico de otros materiales? Primordialmente se debe a la constante dieléctrica la cual se define como la permitividad eléctrica del medio, dada por la siguiente formula:

Y ahora bien la fórmula de arriba se puede explicar de la siguiente manera: se mide la capacidad de un condensador al vacío y luego utilizando el mismo condensador se inserta el dieléctrico entre las placas (las cuales deben tener la misma separación que en el primer caso)

A continuación se presentara algunos materiales dieléctricos con sus respectivas K (constantes dieléctricas)

Material Dieléctrico Constante dieléctrica

Vacío 1.0

Teflón 2.1

Aire 1.00054

Como se puede observar al usar un condensador en medio del aire presenta una diferencia mínima al vacío como se mencionó previamente.

Esencialmente un dieléctrico es muy fácil de encontrar en el medio, por ejemplo; el papel y la goma son dieléctricos comunes. ¿Pero que le da a un material dieléctrico esas características?, atómicamente o molecularmente hablando se sabe que estos materiales tienen una estructura eléctrica dipolar, lo cual indica una separación entre las entidades de ambas cargas (positiva y negativa). Un material dieléctrico no tiene electrones libres, debido a que cada electrón de la molecular está completamente ligado a sus átomos, esto explica la diferencia que tendrá un material dieléctrico y un semiconductor al aplicar un campo externo. Los dieléctricos se clasifican en polares y no polares dependiendo del tipo de molécula que sea, un material dieléctrico con comportamiento polar presentan desigualdad de cargas eléctricas y un material dieléctrico no polar tiene cargas céntricas es decir que no hay distinción entre las cargas de la superficie.

Ejemplos de materiales dieléctricos polares: Agua y Nylon

Ejemplos de materiales dieléctricos no polares: Hidrógeno y Oxigeno

Un material dieléctrico puede presentar distintos tipos de polarización (al menos uno).

La polarización electrónica la cual proviene del desplazamiento producido por el campo eléctrico del centro de la nube electrónica cargada negativamente. La polarización iónica: la cual ocurre solo en los materiales iónico dieléctricos, en los cuales un campo eléctrico actúa desplazando los cationes en una dirección y los aniones en la contraria Como se mencionó anteriormente los materiales dieléctricos no actúan solos se les necesita inducir un campo externo para lograr alguna función, cuando esto ocurre los dipolos de la moléculas se alinean con el campo eléctrico, generando densidad de carga en la superficie del dieléctrico. Lógicamente se puede asumir que la alineación parcial es proporcional al campo eléctrico inducido hacia el dieléctrico.

Una vez descrito el material dieléctrico nos viene a la mente la siguiente pregunta ¿cuál es la función de un dieléctrico con respecto al beneficio humano? La respuesta no es tan simple; debido a que un dieléctrico fue mencionado con la capacidad de actuar como aislante, sus usos pueden ser múltiples, por ejemplo:

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