TEMA 5 Comportamiento Dieléctrico PDF

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Ciència i Tecnologia dels Materials (CTM)

Francesc Reig Marsol

COMPORTAMIENTO DIELÉCTRICO T19 (17-22)

Dieléctrico La mayor parte de los condensadores llevan entre sus láminas una sustancia no conductora o dieléctrica. La función de un dieléctrico sólido colocado entre las láminas es: 1. Mantener la separación entre placas 2.  Vmax. sin que salte una chispa entre placas (ruptura dieléctrica) 3.  Capacidad del condensador respecto a la Co (vacío). Fuerzas de polaridad (dipolo-dipolo) Una molécula es un dipolo cuando existe una distribución asimétrica de electrones debido a que la molécula está formada por átomos de distinta electronegatividad. + polarizados + diferencia de electronegatividad  + fuerza de atracción Capacidad de un condensador Si se adquiere un condensador con una cierta ddp, una placa se carga + y la otra -. 𝐶=

𝑄 (𝐹) 𝑉

Placas conductoras  conductor // Dieléctrico  Aislante La capacidad depende de la forma, tamaño y de los materiales (armadura y dieléctrico).

Influencia del dieléctrico 

Vacío 𝐶 = 𝜀0 ·

Donde:  𝜀0 = permeabilidad del vacío (8,85·10^-12 F/m)  𝐴 = área entre placas  𝑙 = distancia entre placas (d) Con dieléctrico 𝐴 𝐶 = 𝜀 · (𝜀 > 𝜀0 ) 𝑙 Permitividad relativa (constante dieléctrica) 𝜀 𝜀𝑟 = 𝜀0 o

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𝐴 𝑙

2QP 2014/2015 Prof.: JM Clavero

Ciència i Tecnologia dels Materials (CTM)

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Francesc Reig Marsol

Condensador plano 𝐶 = 𝜀0 ·

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Condensador cilíndrico 𝐶=

𝑆 𝑑

2𝜋 · 𝜀0 · 𝐿 𝑟 𝑙𝑛 (𝑟𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟) 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟

Campos y Polarización Un dipolo es un sistema formado por dos cargas q y –q separadas por una pequeña distancia d. 𝐶

El momento dipolar (p)  𝑝 = 𝑞 · 𝑑 ( 2) 𝑚 Polarización  ordenarse, orientarse igual que el campo eléctrico (E) En el caso de un condensador, la densidad de carga superficial o inducida Do es proporcional al campo eléctrico E. 𝐶 𝐷0 = 𝜀0 · 𝐸 ( 2 ) 𝑚 En caso del dieléctrico: 𝐷 = 𝜀 · 𝐸 (desplazamiento dieléctrico = densidad de carga superficial o inducida Do) 𝐷 = 𝜀0 · 𝐸 + 𝑃

siendo P la polarización

𝑃 = 𝜀0 · (𝜀𝑟 − 1) · 𝐸

Tipos de polarización 

Polarización electrónica o inducida (Pe) Las cargas por si solas tienen una orientación dentro de las moléculas definidas por su electronegatividad. Cuando aplicamos un campo eléctrico exterior, las cargas se orientan en el sentido del campo eléctrico

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Polarización iónica (Pi) Los enlaces iónicos tienden a deformarse elásticamente (si se quita el E, vuelven a su posición) cuando se colocan en un campo eléctrico. En consecuencia, la carga se redistribuye dentro del material. Los cationes y aniones se acercan o se alejan dependiendo de la dirección del campo. Estos dipolos temporalmente inducidos causan polarización. Afecta a los materiales cerámicos, dad su gran cantidad de enlaces iónicos.

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Polarización por orientación (Po) 𝑃𝑇 = 𝑃𝑒 + 𝑃𝑖 + 𝑃𝑜

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Rigidez dieléctrica Un campo eléctrico da lugar a pequeños desplazamientos de las cargas ligadas en moléculas del dieléctrico. Si el campo eléctrico es muy fuerte se puede producir una ruptura dieléctrica (dieléctrico se convierte en conductor). La intensidad máx. de E que puede resistir un material dieléctrico sin que se produzca ruptura es la rigidez dieléctrica.

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