Dielèctric

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Un dielèctric o aïllant elèctric, és una substància altament resistent al flux del corrent elèctric. Els materials dielèctrics són, en electrostàtica, materials que a diferència dels conductors elèctrics, no contenen càrregues lliures que puguin moure's pel seu volum. En un dielèctric les càrregues estan lligades als àtoms o molècules que ho constituïxen i només poden efectuar petits desplaçaments dintre de la molècula quan sobre aquestes actua un camp elèctric extern (E). En aquest cas les càrregues negatives i positives es desplacen en sentit contrari formant dipols elèctrics. Quan això succeïx diem que el dielèctric s'ha polaritzat. Per a aquest motiu en els dielèctrics si pot existir un camp elèctric no nul en el seu interior.

Dipol elèctric[modifica | modifica el codi]

Està format per un sistema de dues càrregues d'igual magnitud però de signe contrari, una càrrega puntual positiva (+Q) i altra càrrega negativa (-Q), separades una distància "s" que és molt petita (s << r), enfront de la distància on es desitja calcular el camp o el potencial. El paràmetre que defineix a un dipol és el vector Moment dipolar elèctric p :

  • Mòdul: p = Q · s
  • Direcció: la recta que passa per +Q i -Q.
  • Sentit: de -Q a +Q.
molècula d'aigua polar

Tipus[modifica | modifica el codi]

Hi ha dos tipus de molècules dielèctriques: les polars i les no polars. En els dielèctrics polars, com la molècula d'aigua, en absència de camp elèctric exterior, els centres de les càrregues positives i negatives no coincideixen, la qual cosa implica que les molècules posseïxen un moment dipolar individual permanent no nul. No obstant això degut la direcció que adopten els dipols de les molècules, el moment dipolar total és nul. Quan es polaritza (aplicar E exterior), els dipols tendeixen a alinear-se en direcció al camp aplicat.

En els dielèctrics no polars, en absència de camp elèctric exterior els centres de càrrega de les molècules coincideixen, això implica que les molècules posseïxen un moment dipolar individual permanent nul. Per tant el moment dipolar total és nul. Quan en aquest cas se li aplica un camp elèctric, es formen dipols elèctrics orientats, i per tant el moment dipolar total és no nul.

Resum: Sense camp exterior:

  • Polars → El moment dipolar individual és distint de zero, p ≠ 0, però la seva orientació aleatòria provoca que el moment total s'anul·li → Σp = 0
  • No polars → El moment dipolar individual és nul, p = 0.


Quan a un medi dielèctric se li aplica un camp elèctric, les càrregues es redistribueixen dins els seus àtoms o molècules. Aquesta redistribució altera la forma del camp aplicat tant dins el dielèctric com en la regió propera.

Quan dues càrregues elèctriques es desplacen per un medi dielèctric, les forces d'interacció entre elles dues es redueixen. Quan una ona electromagnètica travessa un dielèctric, tant la seva velocitat com la seva longitud d'ona disminueixen, mentre que la freqüència roman constant.

El dielèctric és un material mal conductor d'electricitat electricitat, pel que pot ser utilitzat com aïllant elèctric, ia més si és sotmès a un camp elèctric extern, pot establir-s'hi un camp elèctric intern, a diferència dels materials aïllants amb què solen confondre. Tots els materials dielèctrics són aïllants però no tots els materials aïllants són dielèctrics.[1]

Alguns exemples d'aquest tipus de materials són el vidre, la ceràmica, la goma, la ca, la cera, el paper, la fusta seca, la porcellana, algunes greixos per a ús industrial i electrònic i la baquelita. Quant als gasos s'utilitzen com dielèctrics sobretot el aire, el nitrogen i el hexafluorur de sofre.

El terme "dielèctric" va ser concebut per William Whewell (del grec "dia" que significa "a través de") en resposta a una petició de Michael Faraday.[2]

Aplicacions[modifica | modifica el codi]

Els dielèctrics s'utilitzen en la fabricació de condensadors, perquè les càrregues reaccionin. Cada material dielèctric té una constant dielèctrica k . Tenim k per als següent dielèctrics: buit té k = 1; aire (sec) té k = 1,00059; tefló té k = 2,1; niló té k = 3,4; paper té k = 3,7; aigua (Químicament pura) té k = 80.

Els dielèctrics més utilitzats són l'aire, el paper i la goma. La introducció d'un dielèctric en un condensador aïllat d'una bateria, té les següents conseqüències:

  • Disminueix el camp elèctric entre les plaques del condensador.
  • Disminueix la diferència de potencial entre les plaques del condensador, en una relació Vaig veure/k.
  • Augmenta la diferència de potencial màxima que el condensador és capaç de resistir sense que salti una espurna entre les plaques (ruptura dielèctrica).
  • Augment per tant de la capacitat elèctrica del condensador en k vegades.
  • La càrrega no es veu afectada, ja que roman la mateixa que ha estat carregada quan el condensador va estar sotmès a un voltatge.

Normalment un dielèctric es torna conductor quan se sobrepassa el camp de ruptura del dielèctric. Aquesta tensió màxima es denomina rigidesa dielèctrica. És a dir, si augmentem molt el camp elèctric que passa pel dielèctric convertirem aquest material en un conductor.

Tenim que la capacitància amb un dielèctric omplint tot l'interior del condensador ve donada per:  C = k Eo A/d (on Eo és la permitivitat elèctrica del buit).

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Ciencia de los materiales. Escrit per Wenceslao González Viñas, Héctor L. Mancini. Pàgina 85.
  2. J. Daintith. Biographical Encyclopedia of Scientists. CRC Press, 1994, p. 943. ISBN 0750302879. 

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Dielèctric Modifica l'enllaç a Wikidata