Propiedades Dielectricas: control y comportamiento en materiales electricos y aislantes

PROPIEDADES DIELECTRICAS: CONTROL Y COMPORTAMIENTO EN MATERIALES ELÉCTRICOS Y AISLANTES

DIAPOSITIVA 1

“Constante dieléctrica”: si tenemos dos materiales conductores separados uno del otro por un vacío(condensador eléctrico) no se establecerá corriente entre ellos.

Q = C · V

Siendo Q la carga eléctrica almacenada entre los conductores, C la capacidad del sistema y V el voltaje.

C depende del material que está entre las dos placas, del tamaño y forma de las mismas.

C = 0 · A/ d

Siendo 0 la permitividad del vacío: 8.85·10-12, A es el área de cada conductor y d la distancia entre las placas.

Si en lugar de vacío, entre los dos conductores situamos un material dieléctrico, se pueden almacenar cargas adicionales, siendo ahora:

C =  · A/d , = permitividad del material dieléctrico

Como el material se puede polarizar, aumentará el nivel de carga almacenada en el condensador, esta capacidad del material se describe con la CONSTANTE DIELECTRICA:

 = /0

De esta forma la  esta relacionada con la polarización por la expresión:

P = ( - 1) ·0· , siendo  la intensidad del campo eléctrico (V/m)

Si el material se polariza fácilmente, la constante dieléctrica() y la capacidad del material(C) serán grandes. Al aumentar el voltaje aplicado la P crece hasta que los dipolos queden alineados.

DIAPOSITIVA 2

“Resistencia dieléctrica”: Si el voltaje que se aplica es muy elevado o si las placas están muy cerca, el sistema se descarga porque la carga eléctrica se pierde.

Se define “resistencia dieléctrica” al campo dieléctrico máximo que puede mantener un material dieléctrico entre conductores sin que el sistema se descargue.

máx. = (V/d)máx. , lo que hace es fijar el limite máximo de C y Q.

Si lo que queremos es construir un sistema de pequeñas dimensiones que sea capaz de almacenar grandes cargas en un campo intenso se deben utilizar materiales con elevadas resistencias dieléctricas y elevadas constantes dieléctricas.

DIAPOSITIVA 3

“Conductividad eléctrica”: para que un material dieléctrico almacene energía debe tener una resistividad eléctrica muy alta, es decir materiales que tengan poca tendencia de movimiento de sus portadores de carga (iones, electrones). Es por esto que se utilizan materiales aislantes como cerámicos y polímeros por su alta resistividad eléctrica.

DIAPOSITIVA 4

“Efecto de la estructura del material/ frecuencia”: al aplicar un campo eléctrico externo en cada átomo del dielectro se distorsiona su nube electrónica. Se obtiene entonces un átomo con un polo cargado positivamente y otro negativamente o lo que es lo mismo un dipolo eléctrico. En todo el material se habrá formado una cantidad Z de dipolos por unidad de volumen, dando lugar a la polarización del dieléctrico.

Los dipolos se orientaran según la orientación del campo eléctrico. Existen distintos tipos de polarización según sean las causas que lo producen:

- Polarización electrónica: es de la que ya hemos hablado, ya que la nube electrónica se distorsiona y los electrones se concentran por el lado del núcleo cercano al extremo positivo del campo. Esta polarización tiene un efecto pequeño y temporal. (fig a)

- Polarización iónica: ocurre en materiales iónicos; cuando se ponen en presencia del campo eléctrico las distancias entre los iones se alteran, es decir se acercan o se alejan según la dirección del campo. La consecuencia es que la carga se distribuye dentro del material y se modifican las dimensiones del mismo.

- Polarización molecular: se dan en materiales que contienen dipolos naturales; como las moléculas de agua que presentan polarización molecular y al aplicarle un campo eléctrico se orientaran según su dirección.

DIAPOSITIVA 5

Vamos a ver ahora como afecta a la polarización la estructura del material y la frecuencia.

En presencia de un campo eléctrico alternante, los dipolos tienen que reorientarse según la dirección en cada momento del campo eléctrico; las impurezas son obstáculos que se encuentran los dipolos en su reorientación y que producen un desfase o retardo en la movilidad del mismo, produciéndose pérdidas de energía y el calentamiento del material.

Frecuencia: En presencia de corriente alterna los dipolos formados en un material dieléctrico al cambiar la dirección del campo eléctrico aplicado cambian también de orientación, pero a frecuencias altas no les es posible hacerlo con la misma velocidad con la que cambia el campo y se dará una fricción dipolar que trae como consecuencia la perdida de energía. Estas perdidas serán mas grandes cuando el material presenta a la vez los tres tipos de polarización (a frecuencias bajas.

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