PROPIEDADES DIELÉCTRICAS Jeison Lozano 285913 Juan D. Rodríguez 285933
Ciencia e ingeniería de materiales UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Fig. 1. RESUMEN PROPIEDADES PROPIEDADES ELÉCTRICAS. Tomada de: http://gicoge.udistrital.edu.co:8001/rid=1KFC0SW19-23FST0R-1R4X/PROPIEDADES%20DIELECTRICAS.cmap
1. Constante dieléctrica
La propiedad de Permitividad está definida como la medida de la capacidad de un material a ser polarizada por efecto de un campo eléctrico externo. La constante dieléctrica (k) es característica de cada material y se define como la razón de su permitividad (ε) sobre la permitividad de vacío (ε0).
La constante dieléctrica es conocida también como la permitividad relativa. Una permitividad baja determina un dieléctrico bajo con baja capacidad de polarizar, estos materiales tienen bajas constantes dieléctricas que les permite ser buenos aislantes. Por el contrario un dieléctrico alto tiene un campo de aplicación diferente en la explotación de carga y en condensadores.
2. Resistencia Dieléctrica
La resistencia dieléctrica es una propiedad que está definida como el campo dieléctrico máximo o el voltaje máximo que puede mantener un material dieléctrico entre conductores sin que el sistema llegue a descargarse.
Donde V es voltaje y d es distancia entre placas o conductores. 3. Tipos de polarización al aplicar un campo eléctrico externo:
Polarización electrónica: Se distorsiona la nube electrónica de cada átomo, y los electrones
quedan concentrados en el núcleo (extremo positivo del campo). Polarización iónica: Ocurre
en materiales iónicos, las distancias entre iones son aumentadas o disminuidas dependiendo de la dirección del campo, las uniones entre estos se deforman elásticamente y existe una redistribución de carga en todo el material. Polarización molecular: Se da en materiales con dipolos naturales en los cuales al ser aplicado
un campo externo se alinean con el campo generado. 4. Polarización según la estructura del material:
Polímeros amorfos: Alta movilidad capaz de producir polarización. Polímeros vítreos: Menor movilidad que los amorfos, tienen constantes y
resistencias más pequeñas generalmente. Cerámicas cristalinas: Movilidades similares a la de los materiales poliméricos. Gases y líquidos: Se polarizan a frecuencias mayores a las de los sólidos.
5. Efecto de la frecuencia del campo:
En presencia de campos eléctricos alternantes los dipolos en la estructura del material tienen que reorientarse cada momento en la dirección del campo, según su variación. En el proceso de reorientación los dipolos se encuentran impurezas que generan un retardo en su movilidad produciendo un calentamiento del material debido a la perdida de energía. A frecuencias muy altas la velocidad de reorientación no alcanza a ser suficiente para orientar los dipolos a la misma velocidad que cambia el campo por lo que se produce una fricción dipolar que genera una pérdida de energía. La frecuencia influye altamente en la polarización y la constante dieléctrica de un material. Rangos de frecuencia: 16
> 10 Hz , no hay polarización, ni movimiento de dipolos. 16 , hay polarización electrónica sin reacomodo de átomos. < 10 Hz 13 , la polarización iónica con distorsión elástica. < 10 Hz 10 , ocurre la polarización molecular, con reacomodamiento total de átomos. < 10 Hz
A frecuencias bajas se puede dar una polarización máxima, donde los 3 tipos de polarización son posibles.
6. Aislantes Eléctricos:
Son materiales dieléctricos con resistividad eléctrica y dieléctrica alta. El Gap o espacio energético entre las bandas de conducción y de valencia es grande. En su mayoría polímeros y cerámicos. También se caracterizan por tener una constante dieléctrica pequeña que impide la polarización sin inducir carga local en el material. 7. Aplicación en almacenamiento de carga
Los materiales dieléctricos son utilizados en la elaboración de condensadores, componentes electrónicos almacenadores de carga compuestos por dos placas conductoras separadas entre las cuales se encuentra un material dieléctrico, el cual es determinante en la capacidad de este dispositivo. Características:
Operar a altos voltajes Resistencia dieléctrica alta Factor de pérdidas dieléctricas pequeño para minimizar el calentamiento. El dieléctrico debe polarizarse con facilidad. Constante dieléctrica y la resistividad eléctrica elevadas.
8. Bibliografía Donald R. Askeland, “Ciencia e Ingeniería de los materiales”. Ed. Paraninfo Thompson
Learning, 2001 “Constante Dieléctrica”, Disponible en: http://es.scribd.com/doc/19970338/CONSTANTE-
DIELECTRICA, Consultado en: Octubre/2012 PEREZ. Martina, OLMO. Satur, SÁNCHEZ Ana. “Dipolos y polarización”, Disponible en: http://www.uclm.es/profesorado/maarranz/Documentos/alumnosmateriales0506/G1 ppt1111.pdf, Consultado: Octubre/2012 Fig.1. “Propiedades Dieléctricas” , Tomada de: http://gicoge.udistrital.edu.co:8001/rid=1KFC0SW19-23FST0R1R4X/PROPIEDADES%20DIELECTRICAS.cmap “ Propiedades Dieléctricas”, Disponible en:
http://www.tecnun.es/asignaturas/PFM_Mat/Prog/Dielecv2.pdf, Consultado: Octubre/2012 Instituto Tecnológico Superior de Calkini, “ Propiedades dieléctricas: Control y comportamiento en materiales eléctricos y aislantes”, Disponible en: http://www.itescam.edu.mx, Consultado: Octubre/2012
