Dieléctricos

Materiales Dieléctricos

Un dieléctrico no es más que un aislante que puede ser polarizado por un campo eléctrico externo.

Si se colocara un conductor en una región del campo eléctrico habría inducción de cargas hasta que se alcanzara el equilibrio electrostático. En el dieléctrico, no es exactamente así como sucede, ya que es un aislante.  Lo que ocurre es que los electrones salen ligeramente de su posición de equilibrio y se produce una polarización (una mini inducción, digamos). Como es bien sabido, en un material aislante puede haber campo incluso cuando este se encuentre en equilibrio. Debido a esta polarización, se crea un campo eléctrico interno que disminuye el campo que había antes.

No es de extrañar que estudiemos este tema luego de haber visto condensadores. Debido a esta disminución del campo, lo que ocurre es que el módulo de la diferencia de potencial disminuye también. Por lo tanto, si colocamos un dieléctrico entre las placas de un condensador, el voltaje disminuye para la misma carga almacenada, y consecuentemente obtenemos una mayor capacitancia.

¿Eso es todo? Casi. Faltó cuantificar todo lo que hemos hablado. Como el dieléctrico reduce el voltaje, a partir de ese hecho, podemos hacer una serie de conclusiones.

Primero, asociaremos a la constante dieléctrica, representada por la letra \(K\). De esta manera, tenemos que el voltaje nuevo es el voltaje inicial dividido por \(K\). 

\(V=\frac{V_{0}}{K}\)

A partir de este hecho, podemos sustituir en la fórmula de capacitancia y llegar a:

\(C=K C_{0}\)

Es decir, mientras que el voltaje disminuye, la capacitancia aumenta. Además, dividiendo el voltaje, podemos analizar la fórmula \(\Delta V=-\int \vec{E} \bullet \overrightarrow{d r}\) y concluir que:

\(E=\frac{E_{0}}{K}\)

O sea, el campo también se reduce en un factor de \(K\).

¿Podríamos poner un campo tan fuerte en el dieléctrico que indujéramos las cargas en él como si fuera un conductor?

Sí. Si el campo es lo suficientemente fuerte el dieléctrico puede perder sus características aislantes, porque estarías haciendo algo mucho más fuerte que la polarización de la que hablamos

De hecho, las cargas empezarían a moverse, ¿verdad? Entonces ¿cuál sería la diferencia con un conductor? Casi ninguna! Las cargas serían arrastradas a la superficie por la fuerza, se volverían equipotenciales, etc... En este caso decimos que se produjo una ruptura dieléctrica.

Tenga en cuenta que aquí, mantuvimos la carga constante entre las placas del condensador.

¿Y si mantuviéramos la DDP constante?

La idea es la siguiente. Inicialmente tenemos a nuestro condensador conectado a un circuito que es alimentado por una ddp \(V_{0}\), hasta que en un momento decidimos poner el material dieléctrico entre sus placas.

Presta atención! El condensador seguirá siendo alimentado por la ddp \(V_{0}\). 

"Entonces, ¿qué cambia?”

Tan pronto como colocamos el dieléctrico, independientemente de la situación, cambiamos la capacitancia de nuestro condensador, que en este caso pasará a ser:

\(C=K C_{0}\)

La carga en el condensador, así como la capacitancia, también aumentará:

\(Q=K Q_{0}\)

Sin embargo, la ddp seguirá siendo la misma, así como el campo eléctrico entre las placas del condensador.

\(V=V_{0}\)

\(E=E_{0}\)

Así que mantente atento con respecto a la situación en la que estés trabajando, es decir, carga constante o ddp constante. ¿Okay?