Absorción dieléctrica es el nombre que se le da al efecto por el cual un condensador que ha estado cargado durante mucho tiempo, cuando se descarga brevemente, sólo se descarga de forma incompleta. Aunque un condensador ideal permanecería a cero voltios después de ser descargado, los condensadores reales desarrollarán un pequeño voltaje debido a la descarga dipolar retardada, [1] un fenómeno que también se denomina relajación dieléctrica , "remojo" o "acción de la batería". Para algunos dieléctricos , como muchas películas de polímeros , el voltaje resultante puede ser inferior al 1-2% del voltaje original, pero puede llegar hasta el 15% para los condensadores electrolíticos . El voltaje en los terminales generado por la absorción dieléctrica puede posiblemente causar problemas en el funcionamiento de un circuito electrónico o puede ser un riesgo para la seguridad del personal. Para evitar descargas eléctricas, la mayoría de los condensadores muy grandes se envían con cables de cortocircuito que deben retirarse antes de usarse y/o resistencias de purga conectadas permanentemente . Cuando se desconectan en uno o ambos extremos, los cables de alto voltaje de CC también pueden "recargarse" a voltajes peligrosos.
La carga de un condensador (debido a un voltaje entre las placas del condensador) hace que se aplique un campo eléctrico al dieléctrico entre los electrodos. Este campo ejerce un torque sobre los dipolos moleculares , haciendo que las direcciones de los momentos dipolares se alineen con la dirección del campo. Este cambio en los dipolos moleculares se llama polarización orientada y también provoca que se genere calor, lo que resulta en pérdidas dieléctricas (ver factor de disipación ). El tiempo de orientación de los dipolos no sigue el campo eléctrico de forma sincronizada, sino que se retrasa mediante una constante de tiempo que depende del material. Este retraso corresponde a una respuesta de histéresis de la polarización al campo externo.
Cuando el condensador se descarga, la intensidad del campo eléctrico disminuye y la orientación común de los dipolos moleculares vuelve a un estado no dirigido en un proceso de relajación . Debido a la histéresis, en el punto cero del campo eléctrico todavía están polarizados en la dirección del campo un número de dipolos moleculares, dependiente del material, sin que aparezca una tensión medible en los bornes del condensador. Esto es como una versión eléctrica de la remanencia magnética . Los dipolos orientados se descargarán espontáneamente con el tiempo y el voltaje en los electrodos del condensador decaerá exponencialmente . [2] El tiempo de descarga completo de todos los dipolos puede ser de días a semanas dependiendo del material. Este voltaje "recargado" puede retenerse durante meses, incluso en condensadores electrolíticos , debido a la alta resistencia de aislamiento de los dieléctricos de condensadores modernos comunes. La descarga de un condensador y la posterior recarga se pueden repetir varias veces.
La absorción dieléctrica es una propiedad que se conoce desde hace mucho tiempo. Su valor se puede medir de acuerdo con la norma IEC/EN 60384-1. El condensador se cargará a la tensión nominal de CC durante 60 minutos. Luego se desconectará el condensador de la fuente de alimentación y se descargará durante 10 s. El voltaje recuperado en los terminales del capacitor (voltaje de recuperación) dentro de 15 minutos es el voltaje de absorción dieléctrica. El tamaño del voltaje de absorción dieléctrica se especifica en relación con el voltaje aplicado en porcentaje y depende del material dieléctrico utilizado. Muchos fabricantes lo especifican en las hojas de datos. [3] [4] [5] [6] [7]
El voltaje en los terminales generado por la absorción dieléctrica puede posiblemente causar problemas en el funcionamiento de un circuito electrónico. Para circuitos analógicos sensibles, como circuitos de muestreo y retención , integradores , amplificadores de carga o circuitos de audio de alta calidad, se utilizan condensadores cerámicos o de polipropileno de Clase 1 en lugar de condensadores cerámicos de Clase 2, condensadores de película de poliéster o condensadores electrolíticos. [11] Para la mayoría de los circuitos electrónicos, particularmente las aplicaciones de filtrado, el pequeño voltaje de absorción dieléctrica no tiene influencia en la función eléctrica adecuada del circuito. Para los condensadores electrolíticos de aluminio con electrolito no sólido que no están integrados en un circuito, el voltaje de absorción dieléctrica generado puede representar un riesgo para la seguridad del personal. [12] El voltaje puede ser bastante sustancial, por ejemplo 50 V para condensadores electrolíticos de 400 V, y puede causar daños a los dispositivos semiconductores o provocar chispas durante la instalación en el circuito. Los condensadores electrolíticos de aluminio de mayor tamaño y los condensadores de potencia de alto voltaje se transportan y entregan en cortocircuito para disipar esta energía no deseada y posiblemente peligrosa.
Otro efecto de la absorción dieléctrica se describe a veces como "remojo". Esto se manifiesta como un componente de la corriente de fuga y contribuye al factor de pérdida del condensador. Este efecto se conoce sólo recientemente: [ verificación fallida ] ahora representa una parte proporcionalmente mayor de la corriente de fuga debido a las propiedades significativamente mejoradas de los condensadores modernos. [9]
Los fabricantes no proporcionan cifras sobre los condensadores de doble capa.
La absorción dieléctrica se descubrió por primera vez en las jarras de Leyden y en los cables telegráficos , y ya era un fenómeno bien conocido a finales del siglo XIX. Una vez conocida como "absorción eléctrica", en ese momento faltaban explicaciones satisfactorias de su mecanismo físico. Una descripción apareció en el libro de James Clerk Maxwell de 1873 Tratado sobre electricidad y magnetismo , en el que derivó su modelo físico, pero solo era aplicable a un material dieléctrico no homogéneo con múltiples capas. [13] [14]
En un condensador de esta clase, primero cargado de cualquier manera, luego descargado a través de un hilo de pequeña resistencia y luego aislado, no aparecerá ninguna nueva electrificación. Sin embargo, en la mayoría de los condensadores reales encontramos que después de la descarga y el aislamiento se desarrolla gradualmente una nueva carga, del mismo tipo que la carga original, pero de intensidad inferior. Esto se llama carga residual. Para dar cuenta de ello debemos admitir que la constitución del medio dieléctrico es diferente a la que acabamos de describir. Sin embargo, encontraremos que un medio formado por un conglomerado de pequeños trozos de diferentes medios simples poseería esta propiedad.