Este documento presenta la información de un grupo de física III en la universidad. El grupo está formado por 5 estudiantes y su profesor es el Msc. Optaciano Vásquez García. El documento introduce los conceptos de dieléctricos y aislantes eléctricos, explica sus diferencias y da ejemplos de cada tipo de material. También describe las aplicaciones y propiedades de los dieléctricos sólidos, líquidos y gaseosos.

1. GRUPO: 2
CURSO: FISICA III
DOCENTE: MSC. OPTACIANO VÁSQUEZ GARCIA
INTEGRANTES:
 BLAS ROJAS, P.ALFREDO
 GUERRERO ROSALES, KARINA
 SOSA ROBLES, TATIANA
 TUYA CONDOR, JHONATAN
 MENDEZ SALCEDO, JHON

2. INTRODUCCION
 Se denomina dieléctrico al material mal conductor de electricidad,
por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico.
 Este material si es sometido a un campo eléctrico externo, puede
establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los
materiales aislantes con los que suelen confundirse.
 Todos los materiales dieléctricos son aislantes, pero no todos los
materiales aislantes son dieléctricos.

3.  Los dieléctricos pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, cada uno de estos
materiales tienen diferente constante dieléctrica, Siendo los más altos los sólidos y
más bajas los gases.
 Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el vidrio, la cerámica, la goma, la
mica, la cera, el papel, la madera seca, la porcelana, algunas grasas para uso
industrial y electrónico y en cuanto a los gases el aire, el nitrógeno, etc.
 A continuación, podemos nombrar algunas aplicaciones de los dieléctricos: por
ejemplo, los derivados acrílicos y el caucho butílico, se pueden utilizar como
aislante, selladores para condensadores y accesorios.

4. OBJETIVOS
-Explicar la importancia de los dieléctricos
-Detallar la diferencia entre dieléctricos y aislantes eléctricos.
-Proporcionar la importancia de los dieléctricos para la seguridad de la población.
MARCO TEORICO
Un dieléctrico se caracteriza por presentar un volumen sin cargas libres.
En estos materiales los electrones permanecen ligados a los átomos o
moléculas a los cuales ellos pertenecen. Podemos considerar dentro de
estos materiales al vacío, al vidrio, la mica y ciertos plásticos cuyos
enlaces químicos mantienen todos los electrones ligados a sus átomos.

5. TIPOS DE DIELÉCTRICOS
DIELÉCTRICOS SOLIDOS
Los dieléctricos solidos son los
dieléctricos más de uso general de la
ingeniería eléctrica y muchos solidos
son aislantes muy buenos.
Ejemplos:
 Porcelana
 cristal
 Papel
 Goma
DIELECTRICOS GASEOSOS
Por su naturaleza el aire, nitrógeno y
hexafluoruro del sulfuro son los tres
dieléctricos gaseosos más de uso general.
Estos gases aislantes transformadores son
generalmente de construcción sellada
DIELÉCTRICOS LÍQUIDOS
Las propiedades físicas de los dieléctricos líquidos
como el peso específico, conductividad térmica,
viscosidad dependen de su naturaleza, Es decir,
además estar ligada a factores externos como la
humedad, generalmente reducen su valor,
degradando la característica importante.

6. CAPACITORES CON MATERIAL DIELECTRICO
El siguiente experimento muestra el efecto que causa un
dieléctrico en un capacitor de placas paralelas que, sin
dieléctrico, tiene una carga y una capacitancia . La
diferencia de potencial en las terminales del capacitor es
esta situación se ilustra en la siguiente figura (parte a). La
diferencia de potencial se mide con un voltímetro. Observe
que en la figura no hay batería, también, se debe suponer
que a través de un voltímetro ideal no debe fluir carga
alguna.
De lo anterior, se concluye que no existe trayectoria por la
cual pueda fluir la carga y modificar la misma en el
capacitor. Si ahora se inserta un material dieléctrico entre
las placas, como se observa en la figura (parte b), el
voltímetro indica que el voltaje entre las placas disminuye
un valor .
𝑄0
𝐶0
𝑄0
𝐶0
𝑉0=

7. Los voltajes con y sin dieléctrico están relacionados mediante el factor k como
sigue:
Donde k es la constante dieléctrica del material, y cuyo valor varia de un
material a otro.
Ya que la carga en el capacitor no cambia, la capacitancia debe cambiar al
valor :
𝑄0
Es decir, la capacitancia aumenta en un factor k cuando el material dieléctrico
llena por completo la región entre placas.
En el caso de un capacitor de placas paralelas, donde se expresa la
capacitancia cuando el capacitor está lleno de material dieléctrico como sigue:
 Los capacitores físicos tienen una especificación que se conoce mediante una gran diversidad de
nombres, incluyendo voltaje de servicio, voltaje de ruptura y tensión nominal. Este parámetro representa
el voltaje más elevado que se puede aplicar al capacitor sin exceder la resistencia dieléctrica del material
dieléctrico en el capacitor. En consecuencia, cuando seleccione un capacitor para una aplicación
determinada, es necesario considerar la capacitancia, así como el voltaje esperado a través del
capacitor en el circuito y asegurarse de que el voltaje esperado sea inferior que el voltaje nominal del
capacitor.

8. Ejemplo:
Un capacitor de placas paralelas se elabora con material dieléctrico
cuya constante dieléctrica es 3.00 y cuya resistencia dieléctrica es
2.00x10^8 V/m. La capacitancia deseada es de 0.250 uF y el
capacitor debe resistir una diferencia de potencial máxima de 4.00
kV. Determine el área mínima de las placas de dicho capacitor.

9. La energía potencial electrostática almacenada en un condensador procede
del trabajo necesario para colocar las cargas en las dos placas.
Sea un condensador de
capacidad C con una V
El trabajo para pasar un dq de
la placa negativa a la positiva:
La energía total será:
ENERGIA ELECTRICA ALMACENADA

10. • Incrementa la capacitancia.
• Incrementa el voltaje máximo de operación.
• Proporciona un posible soporte mecánico entre las placas, lo que
permite que estén cerca una de la otra sin tocarse, así reduce d y
aumenta C.
FUNCIONES DE UN DIELÉCTRICO

11. MODELO ATÓMICO DE UN DIELÉCTRICO
En un dieléctrico, todas las cargas eléctricas del
material son cargas ligadas. Las cargas ligadas son
las responsables de la interacción del material con
el campo eléctrico en el dieléctrico.
MODELO ATÓMICO SIMPLE
Una carga puntual positiva rodeada por una distribución esférica
de carga negativa se polariza en presencia de un campo eléctrico:
La presencia del campo eléctrico polariza el átomo. El
átomo o molécula adquiere un momento dipolar p.

12. EFECTOS DE UN DIELÉCTRICO
Sea un condensador de capacidad 𝐶0 cargado y
desconectado de la batería (aislado).
Se mide la diferencia de potencial entre placas: ∆𝑉0
Se coloca un dieléctrico entre las placas y se mide
de nuevo la diferencia de potencial: V < ∆𝑉0.
INTERPRETACIÓN: El campo eléctrico entre las placas ha disminuido.
Para campos antes de introducir el dieléctrico: 𝐸 𝑜
El campo con el dieléctrico se calcula : 𝐸 =
𝐸0
𝐾
La diferencia de potencial se calcula : ∆𝑉 = 𝐸𝑑 =
𝐸0
𝑘
𝑑 =
∆𝑉0
𝑘
La capacidad : 𝐶 =
𝑄
∆𝑉
=
𝑘𝑄
∆𝑉0
= 𝐾𝐶0
INTERPRETACION: El dieléctrico aumenta la capacidad del condensador
EFECTO DE UN DIELÉCTRICO SOBRE LA CAPACIDAD

13. CONSTANTE DIELÉCTRICA (k):
 Es adimensional
 Es siempre  ≥ 1
 Depende del dieléctrico si es una propiedad del material.
 Para un condensador plano relleno de dieléctrico:
C = kCO = Kε0
S
d
= ε
S
d
Donde
La permitividad del dieléctrico es: 𝜀 = 𝑘𝜀 𝑜
LAS MOLÉCULAS DE UN DIELÉCTRICO SE CLASIFICAN EN:
POLARES:
NO POLARES:

14. POLARES:
 No presentan simetría.
• El centro de la carga negativa no coincide con la de la carga positiva. Debido a
esto es que tienen un momento dipolar permanente.
• Ejemplos: N20, H20 ,CO.
• Cuando existe la presencia de un campo externo (E) ,el torque sobre las
moléculas originan, que se alineen con el campo aplicado. Sin embargo; La
alineación molecular da lugar a la aparición de un campo eléctrico interno que es
opuesto al campo exterior y de magnitud menor.
Molécula de agua Dieléctrico sin campo
externo
Dieléctrico en el interior de un
campo externo

15. NO POLARES:
Los centros de las cargas positivas y negativas coinciden tal que el momento dipolar neto es cero.
 Ejemplo: 𝐻2 ,𝑂2,𝑁2.
• Cuando se le aplica un campo eléctrico externo se polarizan.
• Las moléculas que forman el sólido no tienen un momento dipolar permanente.
El campo induce cargas
superficiales en las izquierda y
derecha y como tal aparece un
campo eléctrico (𝐸 𝑃) en dirección
opuesta a (𝐸 𝑜) ,siendo:
Figura (a) Dieléctrico no polar sin campo externo (b):
dieléctrico polar en el interior de un campo externo (𝑬 𝒐).𝐸 = 𝐸0 + 𝐸 𝑃

16. POLARIZACION
Definimos la polarización 𝑃 de un material
como el momento dipolar por unidad de
volumen, recordando que el momento
dipolar total de una distribución de cargas
viene dado por la ecuación:
𝑃 = 𝑞 𝑛 𝑟𝑛
Siendo
• 𝑟𝑛 el vector de posición de la carga 𝑞 𝑛.
• El vector 𝑃 es independiente del origen
siempre que el sistema sea neutro
Se muestra como ejemple el
momento dipolar de la molécula
de agua.

17. La siguiente ecuación y figura explicitan el campo eléctrico a
una distancia 𝑟 generado por un momento dipolar puntual 𝑝.
𝐸 𝑟 =
3 𝑃. 𝑟 𝑟 − 𝑟2 𝑃
4𝜋𝜖0 𝑟5
Las ecuaciones de Maxwell usando la
polarización se escriben como:
CONTRIBUCIONES A LA POLARIZABILIDAD
Tradicionalmente se distinguen tres mecanismos
básicos que pueden contribuir a la polarización y que
están esquematizados.
• polarización electrónica,
• Polarización iónica
• polarización polar.

18. Polarización electrónica
Desplazamiento de la nube de electrones
con respecto al núcleo formando un dipolo
Polarización iónica
Desplazamiento de un ion con relación a
otros de distinto signo induciéndose un
dipolo
Polarización dipolar:
cambio de orientación de los dipolos
permanentes de las moléculas al aplicar un
campo eléctrico

19. CARGA DE POLARIZACIÓN
Sea un condensador plano y aislado en el que se introduce un dieléctrico: él campo
eléctrico total es la superposición del campo creado por las cargas libres (dos planos
infinitos con 𝜎𝑓) y las de polarización (dos planos infinitos con 𝜎 𝑝
 El dieléctrico debilita el campo dentro del condensador aislado, pero no
lo anula ni lo invierte
 Si =1 (vacío), 𝜎 𝑝=0: no hay carga de polarización (lógico)

20. RUPTURA DIELÉCTRICA
Si el campo eléctrico al que se ve sometido un dieléctrico supera un valor crítico 𝐸𝑐,
las corrientes eléctricas, normalmente muy pequeñas, se incrementan rápidamente
dando lugar a la ruptura dieléctrica del materia.
Se distinguen cuatro mecanismos principales de ruptura dieléctrica:
Ruptura electrónica
El origen de la inestabilidad es el propio campo
eléctrico que provoca ya sea el aumento de la
movilidad de los portadores o el incremento en el
número de portadores mediante procesos de
ionización atómica seguidos de procesos de
avalancha.
Ruptura térmica
Se caracteriza por un aumento de temperatura del
material debido a que el calor disipado por la muestra
es menor que el calor producido por efecto Joule de
las corrientes de fuga al aplicar el campo eléctrico. la
condición de ruptura, depende del equilibrio entre la
velocidad con la que se genera el calor y la velocidad
con la que este es disipado.
Ruptura iónica
El proceso se inicia por un movimiento de los
iones de la red bajo la acción de los fuertes
campos aplicados
Ruptura por descargas de gas
El gas se ioniza primero provocando la inyección de
electrones energéticos en el material y acelerando el
proceso de ruptura.

21. APLICACIONES DE LOS DIELÉCTRICOS
Los materiales dieléctricos pueden ser solidos líquidos o gases, se mencionan
algunos y sus aplicaciones.
MATERIAL APLICACIONES
-derivados acrílicos
-caucho butílico, natural, epdm
condensadores, aislantes, cables y
accesorios, selladores para
condensadores.
-derivados de la celulosa
-siliconas, poliésteres, poliuretanos
-caucho: thiokol, neopreno
condensadores, aislantes, selladores,
chasis antiestático, accesorios.
-pvc, pvdf, fenol-formaldehido
-cauchos: buna n, clorsulfonado.
cable flexible y rígido, selladores,
condensadores, tarjetas impresas y
accesorios.
-vidrios y boro silicatos de: na, k, ca, mg,
etc.
soporte aislante, aislante de alta
tensión y baja frecuencia.
-micas, óxidos de be, al, ta, zr
-cerámica aluminosa y silicatos.
condensadores y resistencias
cerámicas, aislantes de alta potencia.
-fosfato acido de potasio
-tartrado sódico-potasico.
ferroelectricos para sensores
acústicos, mecánicos, térmicos,
acoplador, sintonizador y resonador
electromagnético.

22. LA PORCELANA
Los materiales cerámicos se utilizan en gran variedad
de aplicaciones eléctricas y electrónicas.
MATERIALES CERÁMICOS PARA CONDENSADORES:
Los materiales cerámicos se usan como materiales
dieléctricos para condensadores de disco cerámicos,
siendo el tipo de condensador cerámico más usual

23. EL POLICARBONATO
El policarbonato viene siendo usado
en una gran variedad de campos por
gran resistencia a los impactos, a la
temperatura (125°C).
EL POLIÉSTER (C10H8O4)
El poliéster es un material dieléctrico, muy resistente a la
humedad, a los productos químicos y a las fuerzas
mecánicas

24. CONCLUSIONES
 Los materiales dieléctricos son empleados principalmente como
aislantes.
 Los materiales solidos tienen mayor constante dieléctrica que los gases.
 No se debe confundir materiales dieléctricos con los aislantes.
RECOMENDACIONES
 No aplicar mayor voltaje al especificado en un capacitor, para así no exceder la
resistencia dieléctrica del material dieléctrico.
 Cuando seleccione un capacitor para una aplicación determinada, es
necesario considerar la capacitancia así como el voltaje esperado a través del
capacitor en el circuito y asegurarse de que el voltaje esperado sea inferior
que el voltaje nominal del capacitor.
 Antes de someter un material a una carga eléctrica, verificar la constante
dieléctrica del material para prevenir algún accidente.

25. GRACIAS