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 dieléctri

DIELÉCTRICOS

Se denomina dieléctrico a un material con una baja conductividad eléctrica (σ << 1); es decir, un aislante, el cual tiene la propiedad de formar dipolos eléctricos en su interior bajo la acción de un campo eléctrico. Así, 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.

• CAPACITORES CON DIELÉCTRICOS

                                                                         [pic 1][pic 2]

                                                                        (Fig.1.)

• CAPACITORES CON UN DIELÉCTRICO ENTRE SUS PLACAS

Si se introduce un dieléctrico (vidrio, plástico, aceite mineral) entre las placas de un capacitor, la capacitancia de este nuevo condensador varía. Fue Faraday, quien utilizando un equipo sencillo, descubrió que la capacidad de un capacitor aumenta en un factor K a esta constante se le denomina constante dieléctrica. La presencia de un dieléctrico entre las placas cumple con las siguientes funciones:

a) Permite mantener una distancia muy pequeña entre las placas sin que exista contacto físico.

b) Permite aumentar la diferencia de potencial entre las placas del capacitor, aumentando de este modo la capacidad de almacenar cargas y energía.

c) Permite aumentar la capacitancia de un capacitor es mayor cuando posee un medio dieléctrico entre sus placas que cuando el medio entre las placas es el vacío.          

Este efecto se demuestra usando un electrómetro quien permite medir la diferencia de potencial entre las placas del capacitor. La figura 2a muestra un electrómetro conectado a las placas de un capacitor previamente cargado con cargas +- Q a una diferencia de potencial ΔV = V0. Al insertar un dieléctrico entre las placas (figura 2b) se observa que la diferencia de potencial disminuye a un valor ΔV = V. Si ahora se retira el dieléctrico nuevamente se recupera el valor original V0, este hecho muestra que las cargas originales no han variado.

      [pic 3]

Figura 2 (a) Capacitor de placas planas cargado sin dieléctrico conectado a un electrómetro, (b) capacitor con dieléctrico conectado a un electrómetro.

La capacitancia original C0 está dado por C0 = Q/V0 y la capacidad con dieléctrico será C = Q/V. Debido a que la carga Q es la misma y la diferencia de potencial V es menor que V0. Esta experiencia muestra que la capacitancia C de un capacitor se incrementa cuando el espacio entre los conductores es llenado con un dieléctrico. Es decir, cuando un material dieléctrico es insertado completamente hasta llenar el espacio entre las placas, la capacidad se incrementa en:

C = ke C0             (1)

Donde ke es la denominada constante dieléctrica. En la Tabla 1 se muestra las constantes dieléctricas de algunos de los materiales. De ella se observa que todos los materiales dieléctricos tienen ke > 1. Además, la tabla muestra la rigidez dieléctrica (valor máximo del campo eléctrico antes ocurra la ruptura dieléctrica).

Tabla 1. Valores de constantes y rigideces dieléctricas de algunos materiales

[pic 4]

Cuando la carga es constante, Q = C0V0 = CV entonces C/C0 = V0 / V. En este caso la ecuación (1) se escribe:

V = V0 / k  (2)

 Es decir el voltaje entre las placas del capacitor disminuye en un factor 1 / k.

• MOLECULAS POLARES Y NO POLARES

El hecho de que la capacidad se incrementa en presencia de un dieléctrico se puede explicar desde el punto de vista molecular. A continuación vamos a mostrar que la constante dieléctrica es una medida de la respuesta dieléctrica a un campo eléctrico externo. Es sabido que un dieléctrico está formado por moléculas eléctricamente neutras. Desde este punto de vista los dieléctricos pueden ser:

• POLARES

Aquellos que tienen momentos dipolares eléctricos permanentes o intrínsecos. Es decir, los centros de las cargas positivas y negativas poseen un desplazamiento relativo. Ejemplos de este tipo lo constituye el agua (H2O), el ácido clorhídrico (HCL), el CO, el HN, etc. En la figura 3a se muestra la molécula de agua, en la figura 3b, se muestra un dieléctrico compuesto por varias de las moléculas polares en ausencia campo externo, en donde se observa que las moléculas tienen una orientación aleatoria. Cuando existe la presencia de un campo externo (E0) tal como se muestra en la figura 3c, el torque sobre las moléculas origina que ellas se alineen con el campo aplicado. Sin embargo, el alineamiento no es completo debido a la agitación molecular debido a la temperatura. La alineación molecular da lugar a la aparición de un campo eléctrico interno que es opuesto al campo exterior y de una magnitud menor.

...