La permitividad eléctrica (llamada también constante dieléctrica para dieléctricos homogéneos) es un parámetro físico de los materiales que describe cuánto son afectados por un campo eléctrico.
La información del campo eléctrico está contenida en los vectores E y D, donde E es la intensidad y D es el desplazamiento eléctrico o densidad de flujo eléctrico.
Es este último el que da cuenta de la influencia del campo sobre un material (análogo al vector B del campo magnético, llamado "densidad de flujo magnético" o "inducción magnética" sobre un material).
La permitividad eléctrica del vacío es constante y está dada por
La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material.
Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica.
Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacidad del mismo.
La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es:
donde ε es un escalar si el medio es isótropo o un tensor de segundo orden en otros casos.
Y su relación con el vector polarización P de la que deriva esta última viene dada por la siguiente ecuación:[1]
A partir de la cual y empleando los resultados del estudio del campo eléctrico y equilibrio en un dieléctrico, conseguimos de la ecuación que en un dieléctrico relaciona al campo a escala macroscópica con el campo medio creado por todos los dipolos y el campo local (el percibido por cada dipolo):
En esta expresión gracias a haber calculado el campo medio creado por todos los dipolos podemos relacionar
Como sabemos que la polarización se puede escribir en función del momento dipolar y este relacionarse con el campo eléctrico macroscópico (E) tenemos:
susceptibilidad eléctrica de este modo podemos llegar a la relación inicial entre D y E sabiendo que la permitividad relativa
por lo tanto podemos llegar a nuestra relación a partir de la expresión que relaciona campo de desplazamiento eléctrico D, como el campo eléctrico E y polarización P que ya habíamos visto:
Generalmente no es una constante, ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros.
En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.
La unidad de medida en el SI es el faradio por metro (F/m).
D se mide en culombios por metro cuadrado (C/m²), mientras que E se mide en voltios por metro (V/m).
D y E representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados.
E se relaciona con las fuerzas y diferencias de potencial involucradas.
, es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio.
es el cociente de los campos D/E en ese medio.
, que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío.
Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI.
En la siguiente tabla se muestran las permitividades relativas de algunos dieléctricos: En el caso común de un medio isótropo, D y E son vectores paralelos y
es un escalar, pero en medios anisótropos, este no es el caso y
es un tensor de rango 2 (lo que causa birrefringencia).
Al aumentar la magnitud del campo eléctrico, la corriente de desplazamiento es almacenada en el material, y cuando la intensidad del campo disminuye, el material libera la corriente.
Se deduce que la permitividad relativa y la susceptibilidad de un material están relacionadas, En electricidad, se llama absorción a la propiedad de un dieléctrico utilizado en un condensador por el cual fluye una pequeña corriente de carga después de que las placas han alcanzado el potencial final, y por el que también fluye una pequeña corriente de descarga después de haber sido cortocircuitadas las placas, al haber interrumpido el cortocircuito durante unos minutos, y nuevamente haber sido cortocircuitadas.