Dieléctrico

Sustancia eléctricamente aislante capaz de polarizarse mediante la aplicación de un campo eléctrico.

Un material dieléctrico polarizado.

En electromagnetismo , un dieléctrico (o medio dieléctrico ) es un aislante eléctrico que puede polarizarse mediante un campo eléctrico aplicado . Cuando un material dieléctrico se coloca en un campo eléctrico, las cargas eléctricas no fluyen a través del material como lo hacen en un conductor eléctrico , porque no tienen electrones libres o débilmente unidos que puedan atravesar el material, sino que se desplazan. sólo ligeramente, desde sus posiciones promedio de equilibrio, causando polarización dieléctrica . Debido a la polarización dieléctrica , las cargas positivas se desplazan en la dirección del campo y las cargas negativas en la dirección opuesta al campo. Esto crea un campo eléctrico interno que reduce el campo general dentro del propio dieléctrico. Si un dieléctrico está compuesto de moléculas débilmente unidas , esas moléculas no sólo se polarizan, sino que también se reorientan para que sus ejes de simetría se alineen con el campo. ^[1]

El estudio de las propiedades dieléctricas se refiere al almacenamiento y disipación de energía eléctrica y magnética en materiales. ^{[2] [3] [4]} Los dieléctricos son importantes para explicar diversos fenómenos en electrónica , óptica , física del estado sólido y biofísica celular . ^{[5] [6]}

Terminología

Aunque el término aislante implica baja conducción eléctrica , dieléctrico normalmente significa materiales con una alta polarizabilidad . Este último se expresa mediante un número llamado permitividad relativa . El aislante se usa generalmente para indicar obstrucción eléctrica, mientras que el dieléctrico se usa para indicar la capacidad de almacenamiento de energía del material (mediante polarización). Un ejemplo común de dieléctrico es el material eléctricamente aislante entre las placas metálicas de un condensador . La polarización del dieléctrico por el campo eléctrico aplicado aumenta la carga superficial del condensador para la intensidad del campo eléctrico dada. ^[1]

El término dieléctrico fue acuñado por William Whewell (de dia + electric ) en respuesta a una petición de Michael Faraday . ^{[7] [8]} Un dieléctrico perfecto es un material con conductividad eléctrica cero ( cf. conductor perfecto, conductividad eléctrica infinita), ^[9] que exhibe solo una corriente de desplazamiento ; por tanto almacena y devuelve energía eléctrica como si de un condensador ideal se tratara.

Susceptibilidad eléctrica

La susceptibilidad eléctrica de un material dieléctrico es una medida de la facilidad con la que se polariza en respuesta a un campo eléctrico. Esto, a su vez, determina la permitividad eléctrica del material y así influye en muchos otros fenómenos en ese medio, desde la capacitancia de los condensadores hasta la velocidad de la luz . ${\displaystyle \chi _{e}}$

Se define como la constante de proporcionalidad (que puede ser un tensor ) que relaciona un campo eléctrico con la densidad de polarización dieléctrica inducida tal que ${\displaystyle \mathbf {E} }$ ${\displaystyle \mathbf {P} }$

$${\displaystyle \mathbf {P} =\varepsilon _{0}\chi _{e}\mathbf {E} ,}$$

¿Dónde está la permitividad eléctrica del espacio libre ? ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$

La susceptibilidad de un medio está relacionada con su permitividad relativa por ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$

$${\displaystyle \chi _{e}\ =\varepsilon _{r}-1.}$$

Entonces, en el caso de un vacío clásico ,

$${\displaystyle \chi _{e}\ =0.}$$

El desplazamiento eléctrico está relacionado con la densidad de polarización por ${\displaystyle \mathbf {D} }$ ${\displaystyle \mathbf {P} }$

$${\displaystyle \mathbf {D} \ =\ \varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} \ =\ \varepsilon _{0}\left(1+\chi _{e}\right)\mathbf {E} \ =\ \varepsilon _{0}\varepsilon _{r}\mathbf {E} .}$$

Dispersión y causalidad

En general, un material no puede polarizarse instantáneamente en respuesta a un campo aplicado. La formulación más general en función del tiempo es

$${\displaystyle \mathbf {P} (t)=\varepsilon _{0}\int _{-\infty }^{t}\chi _{e}\left(t-t'\right)\mathbf {E} (t')\,dt'.}$$

Es decir, la polarización es una convolución del campo eléctrico en momentos anteriores con susceptibilidad dependiente del tiempo dada por . El límite superior de esta integral también se puede extender hasta el infinito si se define para . Una respuesta instantánea corresponde a la susceptibilidad a la función delta de Dirac . ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=0}$ ${\displaystyle \Delta t<0}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=\chi _{e}\delta (\Delta t)}$

En un sistema lineal es más conveniente tomar la transformada de Fourier y escribir esta relación en función de la frecuencia. Debido al teorema de convolución , la integral se convierte en un producto simple,

$${\displaystyle \mathbf {P} (\omega )=\varepsilon _{0}\chi _{e}(\omega )\mathbf {E} (\omega ).}$$

La susceptibilidad (o equivalentemente la permitividad) depende de la frecuencia. El cambio de susceptibilidad con respecto a la frecuencia caracteriza las propiedades de dispersión del material.

Además, el hecho de que la polarización sólo pueda depender del campo eléctrico en momentos anteriores (es decir, para ), una consecuencia de la causalidad , impone restricciones de Kramers-Kronig a las partes real e imaginaria de la susceptibilidad . ${\displaystyle \chi _{e}(\Delta t)=0}$ ${\displaystyle \Delta t<0}$ ${\displaystyle \chi _{e}(\omega )}$

Polarización dieléctrica

Modelo atómico básico

Interacción del campo eléctrico con un átomo bajo el modelo dieléctrico clásico.

En el enfoque clásico del dieléctrico, el material está formado por átomos. Cada átomo consta de una nube de carga negativa (electrones) unida y rodeando una carga puntual positiva en su centro. En presencia de un campo eléctrico, la nube de carga se distorsiona, como se muestra en la parte superior derecha de la figura.

Esto se puede reducir a un simple dipolo utilizando el principio de superposición . Un dipolo se caracteriza por su momento dipolar , una cantidad vectorial que se muestra en la figura como la flecha azul etiquetada como M. Es la relación entre el campo eléctrico y el momento dipolar la que da lugar al comportamiento del dieléctrico. (Tenga en cuenta que el momento dipolar apunta en la misma dirección que el campo eléctrico en la figura. Este no es siempre el caso y es una simplificación importante, pero es cierto para muchos materiales).

Cuando se elimina el campo eléctrico, el átomo vuelve a su estado original. El tiempo necesario para hacerlo se llama tiempo de relajación ; una decadencia exponencial.

Ésta es la esencia del modelo en física. El comportamiento del dieléctrico depende ahora de la situación. Cuanto más complicada sea la situación, más rico debe ser el modelo para describir con precisión el comportamiento. Las preguntas importantes son:

• ¿El campo eléctrico es constante o varía con el tiempo? ¿A qué ritmo?
• ¿La respuesta depende de la dirección del campo aplicado ( isotropía del material)?
• ¿La respuesta es la misma en todas partes ( homogeneidad del material)?
• ¿Hay que tener en cuenta algún límite o interfaz?
• ¿La respuesta es lineal con respecto al campo o existen no linealidades ?

La relación entre el campo eléctrico E y el momento dipolar M da lugar al comportamiento del dieléctrico, que, para un material dado, puede caracterizarse por la función F definida por la ecuación:

$${\displaystyle \mathbf {M} =\mathbf {F} (\mathbf {E} ).}$$

Cuando se han definido tanto el tipo de campo eléctrico como el tipo de material, se elige la función F más simple que predice correctamente los fenómenos de interés. Ejemplos de fenómenos que pueden modelarse de esta manera incluyen:

• Índice de refracción
• Dispersión de velocidad de grupo
• Birrefringencia
• Autoenfoque
• Generación armónica

polarización dipolar

La polarización dipolar es una polarización que es inherente a las moléculas polares (polarización de orientación) o puede inducirse en cualquier molécula en la que sea posible la distorsión asimétrica de los núcleos (polarización de distorsión). La polarización de orientación resulta de un dipolo permanente, por ejemplo, el que surge del ángulo de 104,45° entre los enlaces asimétricos entre los átomos de oxígeno e hidrógeno en la molécula de agua, que retiene la polarización en ausencia de un campo eléctrico externo. El ensamblaje de estos dipolos forma una polarización macroscópica.

Cuando se aplica un campo eléctrico externo, la distancia entre cargas dentro de cada dipolo permanente, que está relacionada con el enlace químico , permanece constante en la polarización de orientación; sin embargo, la propia dirección de polarización gira. Esta rotación ocurre en una escala de tiempo que depende del torque y la viscosidad local circundante de las moléculas. Como la rotación no es instantánea, las polarizaciones dipolares pierden la respuesta a los campos eléctricos en las frecuencias más altas. Una molécula gira aproximadamente 1 radian por picosegundo en un fluido, por lo que esta pérdida ocurre aproximadamente a 10 ¹¹ Hz (en la región de las microondas). El retraso de la respuesta al cambio del campo eléctrico provoca fricción y calor.

Cuando se aplica un campo eléctrico externo a frecuencias infrarrojas o menos, el campo dobla y estira las moléculas y el momento dipolar molecular cambia. La frecuencia de vibración molecular es aproximadamente la inversa del tiempo que tardan las moléculas en doblarse, y esta distorsión y polarización desaparece por encima del infrarrojo.

polarización iónica

La polarización iónica es la polarización causada por desplazamientos relativos entre iones positivos y negativos en cristales iónicos (por ejemplo, NaCl ).

Si un cristal o molécula consta de átomos de más de un tipo, la distribución de cargas alrededor de un átomo en el cristal o molécula tiende a ser positiva o negativa. Como resultado, cuando las vibraciones de la red o las vibraciones moleculares inducen desplazamientos relativos de los átomos, los centros de cargas positivas y negativas también se desplazan. La ubicación de estos centros se ve afectada por la simetría de los desplazamientos. Cuando los centros no se corresponden, surge la polarización en las moléculas o cristales. Esta polarización se llama polarización iónica .

La polarización iónica provoca el efecto ferroeléctrico y la polarización dipolar. La transición ferroeléctrica, que es causada por el alineamiento de las orientaciones de los dipolos permanentes a lo largo de una dirección particular, se llama transición de fase de orden-desorden . La transición causada por polarizaciones iónicas en los cristales se llama transición de fase desplazativa .

en las celdas

La polarización iónica permite la producción de compuestos ricos en energía en las células (la bomba de protones en las mitocondrias ) y, en la membrana plasmática , el establecimiento del potencial de reposo , el transporte energéticamente desfavorable de iones y la comunicación entre células (la Na+/ K+-ATPasa ).

Todas las células de los tejidos del cuerpo animal están polarizadas eléctricamente; en otras palabras, mantienen una diferencia de voltaje a través de la membrana plasmática de la célula , conocida como potencial de membrana . Esta polarización eléctrica resulta de una compleja interacción entre transportadores de iones y canales iónicos .

En las neuronas, los tipos de canales iónicos en la membrana generalmente varían en las diferentes partes de la célula, lo que confiere a las dendritas , el axón y el cuerpo celular diferentes propiedades eléctricas. Como resultado, algunas partes de la membrana de una neurona pueden ser excitables (capaces de generar potenciales de acción), mientras que otras no.

Dispersión dieléctrica

En física, la dispersión dieléctrica es la dependencia de la permitividad de un material dieléctrico de la frecuencia de un campo eléctrico aplicado. Debido a que existe un desfase entre los cambios de polarización y los cambios en el campo eléctrico, la permitividad del dieléctrico es una función compleja de la frecuencia del campo eléctrico. La dispersión dieléctrica es muy importante para las aplicaciones de materiales dieléctricos y el análisis de sistemas de polarización.

Este es un ejemplo de un fenómeno general conocido como dispersión material : una respuesta de un medio dependiente de la frecuencia para la propagación de ondas.

Cuando la frecuencia aumenta:

1. La polarización dipolar ya no puede seguir las oscilaciones del campo eléctrico en la región de las microondas alrededor de 10 ¹⁰ Hz .
2. La polarización iónica y la polarización de distorsión molecular ya no pueden rastrear el campo eléctrico más allá de la región infrarroja o del infrarrojo lejano alrededor de 10 ¹³ Hz.
3. La polarización electrónica pierde su respuesta en la región ultravioleta alrededor de 10 ¹⁵ Hz.

En la región de frecuencia por encima del ultravioleta, la permitividad se acerca a la constante ε ₀ en cada sustancia, donde ε ₀ es la permitividad del espacio libre. Debido a que la permitividad indica la fuerza de la relación entre un campo eléctrico y la polarización, si un proceso de polarización pierde su respuesta, la permitividad disminuye.

Relajación dieléctrica

La relajación dieléctrica es el retraso (o retraso) momentáneo en la constante dieléctrica de un material. Esto suele deberse al retraso en la polarización molecular con respecto a un campo eléctrico cambiante en un medio dieléctrico (p. ej., dentro de condensadores o entre dos grandes superficies conductoras ). La relajación dieléctrica en campos eléctricos cambiantes podría considerarse análoga a la histéresis en campos magnéticos cambiantes (por ejemplo, en núcleos de inductores o transformadores ). La relajación en general es un retraso o retraso en la respuesta de un sistema lineal y, por lo tanto, la relajación dieléctrica se mide en relación con los valores dieléctricos lineales esperados en estado estacionario (equilibrio). El desfase temporal entre el campo eléctrico y la polarización implica una degradación irreversible de la energía libre de Gibbs .

En física , la relajación dieléctrica se refiere a la respuesta de relajación de un medio dieléctrico a un campo eléctrico oscilante externo. Esta relajación se describe a menudo en términos de permitividad en función de la frecuencia , que, para sistemas ideales, puede describirse mediante la ecuación de Debye. Por otro lado, la distorsión relacionada con la polarización iónica y electrónica muestra un comportamiento de tipo resonancia u oscilador . El carácter del proceso de distorsión depende de la estructura, composición y entorno de la muestra.

Adiós relajación

La relajación de Debye es la respuesta de relajación dieléctrica de una población ideal de dipolos que no interactúan ante un campo eléctrico externo alterno. Generalmente se expresa en la permitividad compleja ε de un medio en función de la frecuencia angular del campo ω :

$${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\Delta \varepsilon }{1+i\omega \tau }},}$$

donde ε _∞ es la permitividad en el límite de alta frecuencia, Δ ε = ε _s − ε _∞ donde ε _s es la permitividad estática de baja frecuencia y τ es el tiempo de relajación característico del medio. Separando la parte real y la parte imaginaria de la permitividad dieléctrica compleja se obtiene: ^[10] ${\displaystyle \varepsilon '}$ ${\displaystyle \varepsilon ''}$

$${\displaystyle {\begin{aligned}\varepsilon '&=\varepsilon _{\infty }+{\frac {\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }}{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\\[3pt]\varepsilon ''&={\frac {(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty })\omega \tau }{1+\omega ^{2}\tau ^{2}}}\end{aligned}}}$$

Tenga en cuenta que la ecuación anterior para a veces se escribe con en el denominador debido a una ambigüedad constante en la convención de signos por la cual muchas fuentes representan la dependencia del tiempo del campo eléctrico complejo con mientras que otras usan . En la primera convención, las funciones y la representación de partes reales e imaginarias están dadas por mientras que en la última convención . La ecuación anterior utiliza la última convención. ^[11] ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )}$ ${\displaystyle 1-i\omega \tau }$ ${\displaystyle \exp(-i\omega t)}$ ${\displaystyle \exp(+i\omega t)}$ ${\displaystyle \varepsilon '}$ ${\displaystyle \varepsilon ''}$ ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '+i\varepsilon ''}$ ${\displaystyle {\hat {\varepsilon }}(\omega )=\varepsilon '-i\varepsilon ''}$

La pérdida dieléctrica también está representada por la tangente de pérdidas:

$${\displaystyle \tan(\delta )={\frac {\varepsilon ''}{\varepsilon '}}={\frac {\left(\varepsilon _{s}-\varepsilon _{\infty }\right)\omega \tau }{\varepsilon _{s}+\varepsilon _{\infty }\omega ^{2}\tau ^{2}}}}$$

Este modelo de relajación fue introducido por el físico Peter Debye (1913), que recibió su nombre. ^[12] Es característico de la polarización dinámica con un solo tiempo de relajación.

Variantes de la ecuación de Debye

Ecuación de Cole-Cole

Esta ecuación se utiliza cuando el pico de pérdida dieléctrica muestra un ensanchamiento simétrico.

Ecuación de Cole-Davidson

Esta ecuación se utiliza cuando el pico de pérdida dieléctrica muestra un ensanchamiento asimétrico.

Relajación Havriliak-Negami

Esta ecuación considera tanto el ensanchamiento simétrico como el asimétrico.

Función Kohlrausch-Williams-Watts

Transformada de Fourier de función exponencial estirada .

Ley de Curie-von Schweidler

Esto muestra la respuesta de los dieléctricos a un campo de CC aplicado para comportarse de acuerdo con una ley de potencia, que puede expresarse como una función exponencial integral sobreponderada.

Aproximación de Djordjevic-Sarkar

Se utiliza cuando la pérdida dieléctrica es aproximadamente constante para un amplio rango de frecuencias.

paraelectricidad

La paraelectricidad es el comportamiento nominal de los dieléctricos cuando el tensor de permitividad dieléctrica es proporcional a la matriz unitaria, es decir, un campo eléctrico aplicado provoca polarización y/o alineación de dipolos sólo paralelos al campo eléctrico aplicado. Al contrario de la analogía con un material paramagnético, en un material paraeléctrico no es necesario que exista un dipolo eléctrico permanente. La eliminación de los campos da como resultado que la polarización dipolar vuelva a cero. ^[13] Los mecanismos que causan el comportamiento paraeléctrico son la distorsión de iones individuales (desplazamiento de la nube de electrones del núcleo) y la polarización de moléculas o combinaciones de iones o defectos.

La paraelectricidad puede ocurrir en fases cristalinas donde los dipolos eléctricos no están alineados y, por lo tanto, tienen el potencial de alinearse en un campo eléctrico externo y debilitarlo.

La mayoría de los materiales dieléctricos son paraeléctricos. Un ejemplo específico de material paraeléctrico de constante dieléctrica alta es el titanato de estroncio .

El cristal de LiNbO ₃ es ferroeléctrico por debajo de 1430 K y por encima de esta temperatura se transforma en una fase paraeléctrica desordenada. De manera similar, otras perovskitas también exhiben paraelectricidad a altas temperaturas.

Se ha explorado la paraelectricidad como un posible mecanismo de refrigeración; polarizar un paraeléctrico aplicando un campo eléctrico en condiciones de proceso adiabático aumenta la temperatura, mientras que eliminar el campo reduce la temperatura. ^[14] Una bomba de calor que funciona polarizando el paraeléctrico, permitiéndole volver a la temperatura ambiente (disipando el calor extra), poniéndolo en contacto con el objeto a enfriar y finalmente despolarizándolo, daría como resultado refrigeración.

Sintonización

Los dieléctricos sintonizables son aislantes cuya capacidad para almacenar carga eléctrica cambia cuando se aplica un voltaje. ^[15]

Generalmente, titanato de estroncio ( SrTiO
₃) se utiliza para dispositivos que funcionan a bajas temperaturas, mientras que el titanato de bario y estroncio ( Ba
_1-xSr.
_XTiO2
₃) sustitutos de los dispositivos a temperatura ambiente. Otros materiales potenciales incluyen dieléctricos de microondas y compuestos de nanotubos de carbono (CNT). ^{[15] [16] [17]}

En 2013, capas múltiples de titanato de estroncio intercaladas con capas individuales de óxido de estroncio produjeron un dieléctrico capaz de funcionar hasta 125 GHz. El material fue creado mediante epitaxia de haz molecular . Los dos tienen un espaciado entre cristales no coincidente que produce tensión dentro de la capa de titanato de estroncio que la hace menos estable y sintonizable. ^[15]

Sistemas como Ba
_1-xSr.
_XTiO2
₃tienen una transición paraeléctrica-ferroeléctrica justo por debajo de la temperatura ambiente, lo que proporciona una alta sintonizabilidad. Las películas sufren pérdidas importantes derivadas de defectos.

Aplicaciones

Condensadores

La separación de carga en un condensador de placas paralelas provoca un campo eléctrico interno. Un dieléctrico (naranja) reduce el campo y aumenta la capacitancia.

Los condensadores fabricados comercialmente suelen utilizar un material dieléctrico sólido con alta permitividad como medio intermedio entre las cargas positivas y negativas almacenadas. Este material a menudo se denomina en contextos técnicos dieléctrico del condensador . ^[18]

La ventaja más obvia de utilizar dicho material dieléctrico es que evita que las placas conductoras, en las que se almacenan las cargas, entren en contacto eléctrico directo. Sin embargo, lo más significativo es que una permitividad alta permite una mayor carga almacenada a un voltaje determinado. Esto se puede ver tratando el caso de un dieléctrico lineal con permitividad ε y espesor d entre dos placas conductoras con densidad de carga uniforme σ _ε . En este caso la densidad de carga está dada por

$${\displaystyle \sigma _{\varepsilon }=\varepsilon {\frac {V}{d}}}$$

y la capacitancia por unidad de área por

$${\displaystyle c={\frac {\sigma _{\varepsilon }}{V}}={\frac {\varepsilon }{d}}}$$

A partir de esto, se puede ver fácilmente que un ε mayor conduce a una mayor carga almacenada y, por tanto, a una mayor capacitancia.

Los materiales dieléctricos utilizados para los condensadores también se eligen de manera que sean resistentes a la ionización . Esto permite que el condensador funcione a voltajes más altos antes de que el dieléctrico aislante se ionice y comience a permitir corrientes no deseadas.

resonador dieléctrico

Un oscilador resonador dieléctrico (DRO) es un componente electrónico que exhibe resonancia de la respuesta de polarización para un rango estrecho de frecuencias, generalmente en la banda de microondas. Consiste en un "disco" de cerámica que tiene una constante dieléctrica grande y un factor de disipación bajo . Estos resonadores se utilizan a menudo para proporcionar una referencia de frecuencia en un circuito oscilador. Se puede utilizar un resonador dieléctrico sin blindaje como antena de resonador dieléctrico (DRA).

Películas delgadas BST

De 2002 a 2004, el Laboratorio de Investigación del Ejército de los Estados Unidos (ARL) llevó a cabo investigaciones sobre tecnología de película delgada. Se estudió el titanato de bario y estroncio (BST), una película delgada ferroeléctrica, para la fabricación de componentes de radiofrecuencia y microondas, como osciladores controlados por voltaje, filtros sintonizables y desfasadores. ^[19]

La investigación fue parte de un esfuerzo para proporcionar al Ejército materiales altamente sintonizables y compatibles con microondas para dispositivos sintonizables de campo eléctrico de banda ancha, que funcionan consistentemente en temperaturas extremas. ^[20] Este trabajo mejoró la capacidad de sintonización del titanato de bario y estroncio a granel, que es un habilitador de película delgada para componentes electrónicos. ^[21]

En un artículo de investigación de 2004, investigadores de la ARL de EE. UU. exploraron cómo pequeñas concentraciones de dopantes aceptores pueden modificar drásticamente las propiedades de materiales ferroeléctricos como el BST. ^[22]

Los investigadores "doparon" películas delgadas de BST con magnesio, analizando la "estructura, microestructura, morfología de la superficie y calidad de composición de la película/sustrato" del resultado. Las películas de BST dopadas con Mg mostraron "propiedades dieléctricas mejoradas, baja corriente de fuga y buena sintonizabilidad", lo que merece potencial para su uso en dispositivos sintonizables por microondas. ^[19]

Algunos dieléctricos prácticos

Los materiales dieléctricos pueden ser sólidos, líquidos o gases. (Un alto vacío también puede ser un dieléctrico útil, ^[23] casi sin pérdidas, aunque su constante dieléctrica relativa sea sólo la unidad).

Los dieléctricos sólidos son quizás los dieléctricos más utilizados en ingeniería eléctrica y muchos sólidos son muy buenos aislantes. Algunos ejemplos incluyen porcelana , vidrio y la mayoría de los plásticos . El aire, el nitrógeno y el hexafluoruro de azufre son los tres dieléctricos gaseosos más utilizados .

• Los recubrimientos industriales como el parileno proporcionan una barrera dieléctrica entre el sustrato y su entorno.
• El aceite mineral se utiliza ampliamente en el interior de transformadores eléctricos como fluido dieléctrico y para ayudar en el enfriamiento. Los fluidos dieléctricos con constantes dieléctricas más altas, como el aceite de ricino de grado eléctrico , se utilizan a menudo en condensadores de alto voltaje para ayudar a prevenir la descarga en corona y aumentar la capacitancia.
• Debido a que los dieléctricos resisten el flujo de electricidad, la superficie de un dieléctrico puede retener el exceso de cargas eléctricas varadas . Esto puede ocurrir accidentalmente cuando se frota el dieléctrico (el efecto triboeléctrico ). Esto puede ser útil, como en un generador de Van de Graaff o un electróforo , o puede ser potencialmente destructivo como en el caso de una descarga electrostática .
• Los dieléctricos especialmente procesados, llamados electretos (que no deben confundirse con los ferroeléctricos ), pueden retener un exceso de carga interna o una polarización "congelada". Los electretos tienen un campo eléctrico semipermanente y son el equivalente electrostático de los imanes. Los electrets tienen numerosas aplicaciones prácticas en el hogar y la industria.
• Algunos dieléctricos pueden generar una diferencia de potencial cuando se someten a tensión mecánica o (de manera equivalente) cambiar de forma física si se aplica un voltaje externo a través del material. Esta propiedad se llama piezoelectricidad . Los materiales piezoeléctricos son otra clase de dieléctricos muy útiles.
• Algunos cristales iónicos y dieléctricos poliméricos exhiben un momento dipolar espontáneo, que puede revertirse mediante un campo eléctrico aplicado externamente. Este comportamiento se llama efecto ferroeléctrico . Estos materiales son análogos a la forma en que se comportan los materiales ferromagnéticos dentro de un campo magnético aplicado externamente. Los materiales ferroeléctricos suelen tener constantes dieléctricas muy altas, lo que los hace muy útiles para los condensadores.

Ver también

• Clasificación de materiales según la permitividad.
• Paramagnetismo
• Relación Clausius-Mossotti
• Absorción dieléctrica
• Pérdidas dieléctricas
• Resistencia dieléctrica
• Espectroscopia dieléctrica
• Dieléctrico EIA Clase 1
• Dieléctrico EIA Clase 2
• Dieléctrico de alto κ
• Dieléctrico de bajo κ
• fuga
• Función de respuesta lineal
• metamaterial
• retraso RC
• Movimiento browniano rotacional
• Ley de Paschen : variación de la rigidez dieléctrica del gas relacionada con la presión
• Separador (electricidad)

Referencias

1. "Dieléctrico". Enciclopedia Británica . Chicago , Illinois : Encyclopædia Britannica, Inc. Archivado desde el original el 27 de abril de 2021 . Consultado el 20 de noviembre de 2021 . Material dieléctrico, aislante o muy mal conductor de la corriente eléctrica. Cuando los dieléctricos se colocan en un campo eléctrico, prácticamente no fluye corriente por ellos.
2. Arthur R. von Hippel , en su obra fundamental, Materiales y aplicaciones dieléctricas, afirmó: " Los dieléctricos ... no son una clase limitada de los llamados aislantes, sino la amplia extensión de no metales considerados desde el punto de vista de su interacción con los elementos eléctricos". , campos magnéticos o electromagnéticos. Por lo tanto, nos ocupamos tanto de los gases como de los líquidos y sólidos y del almacenamiento de la energía eléctrica y magnética, así como de su disipación." (p. 1) (Technology Press del MIT y John Wiley, Nueva York, 1954).
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Otras lecturas

• Jackson, John David (10 de agosto de 1998) [1962]. Electrodinámica clásica (3ª ed.). John Wiley e hijos . ISBN 978-0-471-30932-1. OCLC  535998.

• Scaife, Brendan KP (3 de septiembre de 1998). Principios de los dieléctricos. Monografías sobre Física y Química de Materiales (2ª ed.). Prensa de la Universidad de Oxford . ISBN 978-0-198-56557-4.

enlaces externos

• Conferencia de Feynman sobre dieléctricos.
• Esfera dieléctrica en un campo eléctrico
• Difusión del Paquete de Enseñanza y Aprendizaje de TI para la Promoción de la Ciencia de Materiales (DoITPoMS) "Materiales Dieléctricos" de la Universidad de Cambridge
• Textos en Wikisource:
  • "Dieléctrico". Enciclopedia Americana . 1920.
  • "Dieléctrico". Encyclopædia Britannica (11ª ed.). 1911.