Histeresis En Materiales Dielectricos

Definición de Dieléctrico

Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Todos los materiales dieléctricos son aislantes pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos.

Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso industrial y electrónico y la baquelita. En cuanto a los gases se utilizan como dieléctricos sobre todo el aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre.

Descripción Atómica de los Materiales Dieléctricos

Para comprender como se puede generar un campo electrico interno en un dielectrico es necesario analizar el reacomodo de la carga a nivel molecular. Considere primero un dieléctrico compuesto de moléculas polares las cuales tiene cantidades iguales de cargas positivas y negativas pero con una distribucion desigual, con exeso de carga positiva concentrada en un lado de la molécula y carga negativa del otro lado, (este arreglo recibe el nombre de dipolo electrico). Cuando no esta presente un campo electrico las moleculas polares estan orientadas al azar, sin embargo al colocarse en un campo electrico tienden a orientarse como se muestra en la figura debido al resultado de los pares de torsion producidos a causa de la fuerza electrica que actua sobre las cargas.

Incluso una molécula que por lo general no es polar se convierte en un dipolo al colocarse en un campo eléctrico debido a que éste empuja las cargas positivas en las moléculas en la dirección del campo, y a las negativas en dirección opuesta. Esto ocasiona una redistribución de la carga dentro de la molécula. Tales dipolos se llaman dipolos inducidos.

Ya sea con moléculas polares o no polares, la redistribución de la carga causada por el campo origina la formación de una capa de carga en cada superficie del material dieléctrico.su densidad superficial de carga se denota con σ_i . Las cargas no tienen libertad para moverse indefinidamente como lo harían en un conductor porque cada una está unida a una molécula. En el interior del material, la carga neta por unidad de volumen permanece igual a cero. Como se ha visto, esta redistribución de carga recibe el nombre de polarización, y se dice que el material está polarizado.

Propiedades dielectricas de los materiales

Entre las propiedades más importantes de los materiales dieléctricos están:

La constante dieléctrica k

La constante dieléctrica ε_r o k es una magnitud física que nos cuantifica la capacidad de un material para acumular carga eléctrica, y por tanto energía, entre dos placas metálicas

Si la referimos respecto a la del vacío ( ε_o=8.854x〖10〗^(-12) F⁄m) nos permite ver de una manera más gráfica la aptitud de los diferentes materiales aislantes a operar como dieléctricos

Rigidez Dieléctrica

Cuando un dieléctrico está sometido a la acción de un campo eléctrico, su estructura sufre ciertas deformaciones, que pueden compararse con las deformaciones de un cuerpo elástico bajo la acción de fuerzas mecánicas.

Mientras el campo no llegue a un determinado valor, el dieléctrico puede, recobrar su estado de equilibrio una vez desaparecida el campo, pero si se sobrepasa este determinado valor, se produce la ruptura del dieléctrico, y la corriente pasa a través del mismo. Este fenómeno se llama descarga disruptiva.

Se define como rigidez dieléctrica de un material, al máximo gradiente de potencial que el mismo puede resistir sin que se produzca la descarga disruptiva.

Propiedades de materiales dieléctricos comunes a temperatura ambiente

Material constante dieléctrica intensidad dieléctrica (Mv/m)

Aceite de silicón 2.5 15

Agua 80

Aire (seco) 1.00059 3

Baquelita 4.9 24

Cloruro de polivinilo 3.4 40

Cuarzo fundido 3.78 8

Hule de neopreno 6.7 12

Mylar 3.2 7

Nylon 3.4 14

Papel 3.7 16

Papel impregnado en parafina 3.5 11

Poliestireno 2.56 24

Porcelana 6 12

Teflón 2.1 60

Titanato de estroncio 233 8

Vacío 1

Vidrio pirex 5.6 14

Funciones de los materiales dielectricos

Los dieléctricos más utilizados son el aire, el papel y la goma. Estos se usan principalmente en entre las placas de capacitor ya que produce los siguientes beneficios:

Aumenta la diferencia de potencial máxima que el condensador es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura dieléctrica).

Aumento por tanto de la capacidad eléctrica del condensador en k veces(k es la constante dieléctrica del material dieléctrico)

Proporciona un posible soporte mecánico entre las placas, lo que permite que estén cerca una de la otra sin tocarse, así al reducir la separación de estas se aumenta la capacitancia

Proporciona un soporte mecánica para los conductores en líneas de transmisión como las líneas de transmisión de cables coaxiales o de placas paralelas.

Pérdidas en los Materiales Dieléctricos y Aislantes

Los materiales no conductores no son ni aislantes ni dieléctricos perfectos; por lo tanto habrán pérdidas de energía eléctrica cuando estos sean sometidos a campos eléctricos Fundamentalmente las pérdidas pueden clasificarse en:

Pérdidas por conductividad eléctrica

Pérdidas dieléctricas

Pérdidas por conductividad

Están vinculadas a las corrientes relativamente pequeñas que pueden

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