Es un aislador eléctrico (no metálico) que tiene una estructura eléctrica dipolar, esto es una separación entre las entidades cargadas positivamente y negativamente a nivel atómico o molecular. Como resultado de las interacciones con los dipolos con campos eléctricos, los materiales dieléctricos son utilizados en los condensadores
Son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos, forrando con ellos los conductores eléctricos, así como en los condensadores debido a sus interacciones con los dipolos con campos eléctricos.
Son materiales muy utilizados para evitar cortocircuitos, forrando con ellos los conductores eléctricos, así como en los condensadores debido a sus interacciones con los dipolos con campos eléctricos.
Capacidad
Cuando se aplica un voltaje a través de un condensador, una placa se carga positivamente y la otra negativamente, con el correspondiente campo eléctrico dirigido desde la placa positiva a la negativa.
C=Q/V
Donde,
C= capacidad, medida en faradios (F)
Q= cantidad de carga almacenada en cualquiera de las placas
V = voltaje aplicado a través del condensador.
Ahora consideremos un condensador de placas paralelas con vacío entre ellas.
C = ε0(A/l)
Donde,
A = Área de las placas
L = Distancia entre placas
ε0= Permeabilidad del vacío, es un constante universal igual a 8.85 x 10-12 F/m.
Cuando se coloca un material dieléctrico en la región entre las placas, se tiene
C = ε(A/l)
ε = Permitividad del medio dieléctrico, que será mayor que ε0.
Cuando se aplica un voltaje a través de un condensador, una placa se carga positivamente y la otra negativamente, con el correspondiente campo eléctrico dirigido desde la placa positiva a la negativa.
C=Q/V
Donde,
C= capacidad, medida en faradios (F)
Q= cantidad de carga almacenada en cualquiera de las placas
V = voltaje aplicado a través del condensador.
Ahora consideremos un condensador de placas paralelas con vacío entre ellas.
C = ε0(A/l)
Donde,
A = Área de las placas
L = Distancia entre placas
ε0= Permeabilidad del vacío, es un constante universal igual a 8.85 x 10-12 F/m.
Cuando se coloca un material dieléctrico en la región entre las placas, se tiene
C = ε(A/l)
ε = Permitividad del medio dieléctrico, que será mayor que ε0.
Constante Dieléctrica
Representa el aumento en la capacidad de almacenar carga por inserción del medio dieléctrico entre las placas.
εr= Permitividad relativa o constante dieléctrica
εr= ε/ ε0
Representa el aumento en la capacidad de almacenar carga por inserción del medio dieléctrico entre las placas.
εr= Permitividad relativa o constante dieléctrica
εr= ε/ ε0
Polarización
Es el proceso de alineamiento de los dipolos.
En presencia de un campo eléctrico E, que también es una magnitud vectorial, sobre el dipolo actuará un fuerza (o par) que lo orientará en la dirección del campo aplicado
Es el proceso de alineamiento de los dipolos.
En presencia de un campo eléctrico E, que también es una magnitud vectorial, sobre el dipolo actuará un fuerza (o par) que lo orientará en la dirección del campo aplicado
¿Como aumenta la capacitancia en un condensador?
Cuando se introduce un dieléctrico entre las placas de un condensador al vacio y se aplica un campo, el dieléctrico se polariza. Con esto, se produce una acumulación neta de carga negativa de magnitud –Q` en la superficie dieléctrica cercana a la placa cargada positivamente y de forma similar, una carga adicional +Q` en la superficie adyacente a la superficie negativa. Sin embargo, el voltaje impuesto a través de las placas se mantiene en el valor del vacío aumentado la carga en la placa negativa (la inferior) en una cantidad –Q`, y la superior en +Q`. Por tanto ahora la carga en cada placa es Q0 + Q`, habiendo aumentado en una cantidad Q`.
Tipos de polarización
Los materiales dieléctricos ordinariamente exhiben por lo menos uno de estos tipos de polarización:
Polarización electrónica: Proviene del desplazamiento, producido por el campo eléctrico, del centro de la nube electrónica cargada negativamente.
Polarización iónica: Solamente ocurre en materiales que son iónicos. Un campo eléctrico actúa desplazando los cationes en una dirección y los aniones en la opuesta.
Polarización de orientación: Se encuentra en sustancias que poseen momentos dipolares permanentes. La polarización se origina por una rotación de los momentos permanentes en la dirección del campo aplicado.
Polarización Total
La polarización total P de una sustancia es igual a la suma de las polarizaciones electrónicas, iónicas y de orientación (Pe, Pi y Po, respectivamente), o bien
P= Pe + Pi + Po
Rigidez dieléctrica
Al aplicar un campo eléctrico muy alto a un material dieléctrico, se puede producir una quemadura o quizás incluso la rotura del material. A esto se le conoce como ruptura dieléctrica. La rigidez dieléctrica representa la magnitud del campo eléctrico necesario para producir la ruptura dieléctrica.
Otros comportamientos dieléctricos
Ferroeléctrico: polarización eléctrica espontánea y permanente, reversible bajo la acción de un campo eléctrico exterior.
Piroeléctrico: Cristales que se electrizan cuando se los somete a una variación de temperatura.
Piezoeléctrico: Fenómeno presentado por cristales que se polarizan al ser sometidos a tensiones mecánicas y que se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico.
Algunos materiales dieléctricos
Oxido de silicio. SiO2 es usado en los MOS como aislante, junto con una capa de Si3N4 (Silicon nitride). La alta resistencia dieléctrica de ambos compuestos da efectividad dieléctrica en aplicaciones con FET.
Porcelana: Material cerámico multifase, obtenido por el calentamiento de los silicatos de aluminio (3AL2O3·2SiO2). Usado como aislante en líneas de alta tensión.
Alúmina (Al2O3): Usado como relleno para aislamiento cerámico y como sustrato dieléctrico en microcircuitos.
Cuando se introduce un dieléctrico entre las placas de un condensador al vacio y se aplica un campo, el dieléctrico se polariza. Con esto, se produce una acumulación neta de carga negativa de magnitud –Q` en la superficie dieléctrica cercana a la placa cargada positivamente y de forma similar, una carga adicional +Q` en la superficie adyacente a la superficie negativa. Sin embargo, el voltaje impuesto a través de las placas se mantiene en el valor del vacío aumentado la carga en la placa negativa (la inferior) en una cantidad –Q`, y la superior en +Q`. Por tanto ahora la carga en cada placa es Q0 + Q`, habiendo aumentado en una cantidad Q`.
Tipos de polarización
Los materiales dieléctricos ordinariamente exhiben por lo menos uno de estos tipos de polarización:
Polarización electrónica: Proviene del desplazamiento, producido por el campo eléctrico, del centro de la nube electrónica cargada negativamente.
Polarización iónica: Solamente ocurre en materiales que son iónicos. Un campo eléctrico actúa desplazando los cationes en una dirección y los aniones en la opuesta.
Polarización de orientación: Se encuentra en sustancias que poseen momentos dipolares permanentes. La polarización se origina por una rotación de los momentos permanentes en la dirección del campo aplicado.
Polarización Total
La polarización total P de una sustancia es igual a la suma de las polarizaciones electrónicas, iónicas y de orientación (Pe, Pi y Po, respectivamente), o bien
P= Pe + Pi + Po
Rigidez dieléctrica
Al aplicar un campo eléctrico muy alto a un material dieléctrico, se puede producir una quemadura o quizás incluso la rotura del material. A esto se le conoce como ruptura dieléctrica. La rigidez dieléctrica representa la magnitud del campo eléctrico necesario para producir la ruptura dieléctrica.
Otros comportamientos dieléctricos
Ferroeléctrico: polarización eléctrica espontánea y permanente, reversible bajo la acción de un campo eléctrico exterior.
Piroeléctrico: Cristales que se electrizan cuando se los somete a una variación de temperatura.
Piezoeléctrico: Fenómeno presentado por cristales que se polarizan al ser sometidos a tensiones mecánicas y que se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico.
Algunos materiales dieléctricos
Oxido de silicio. SiO2 es usado en los MOS como aislante, junto con una capa de Si3N4 (Silicon nitride). La alta resistencia dieléctrica de ambos compuestos da efectividad dieléctrica en aplicaciones con FET.
Porcelana: Material cerámico multifase, obtenido por el calentamiento de los silicatos de aluminio (3AL2O3·2SiO2). Usado como aislante en líneas de alta tensión.
Alúmina (Al2O3): Usado como relleno para aislamiento cerámico y como sustrato dieléctrico en microcircuitos.
Integrantes:
Daniel Bellido Aguilar ID: 133833
Andrea Bonilla Brunner ID: 135516
1 comentario:
Yo había leído que la propiedad más importante de los dieléctricos es la capacidad de polarizarse bajo la
acción de un campo eléctrico exterior. Sería interesante juntar varios materiales diferentes como un piezoelectrico y un dielectrico y ver en que se pudiera aplicar.
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