electricidad

1. Efecto del dieléctrico en un condensador
La mayor parte de los condensadores llevan entre sus láminas una sustancia no
conductora o dieléctrica. Un condensador típico está formado por láminas
metálicas enrolladas, separadas por papel impregnado en cera. El condensador
resultante se envuelve en una funda de plástico. Su capacidad es de algunos
microfaradios.
La botella de Leyden es el condensador más primitivo, consiste en una hoja
metálica pegada en las superficies interior y exterior de una botella de vidrio.
Los condensadores electrolíticos utilizan como dieléctrico una capa delgada de
óxido no conductor entre una lámina metálica y una disolución conductora. Los
condensadores electrolíticos de dimensiones relativamente pequeñas pueden
tener una capacidad de 100 a 1000 F.
La función de un dieléctrico sólido colocado entre las láminas es triple:
 Resuelve el problema mecánico de mantener dos grandes láminas
metálicas a distancia muy pequeña sin contacto alguno.
 Consigue aumentar la diferencia de potencial máxima que el condensador
es capaz de resistir sin que salte una chispa entre las placas (ruptura
dieléctrica).
 La capacidad de un condensador de dimensiones dadas es varias veces
mayor con un dieléctrico que separe sus láminas que si estas estuviesen en
el vacío.
Sea un condensador plano-paralelo cuyas láminas hemos cargado con cargas
+Q y –Q, iguales y opuestas. Si entre las placas se ha hecho el vacío y se mide
una diferencia de potencial V0, su capacidad y la energía que acumula serán
Si introducimos un dieléctrico se observa que la diferencia de potencial
disminuye hasta un valor V. La capacidad del condensador con dieléctrico será
donde k se denomina constante dieléctrica

2. La energía del condensador con dieléctrico es
la energía de un condensador con dieléctrico disminuye respecto de la del mismo
condensador vacío.
Dieléctrico Constante dieléctrica
Ámbar 2.7-2.9
Agua 80.08
Aire 1.00059
Alcohol 25.00
Baquelita 4-4.6
Cera de abejas 2.8-2.9
Glicerina 56.2
Helio 1.00007
Mica moscovita 4.8-8
Parafina 2.2-2.3
Plástico vinílico 4.1
Plexiglás 3-3.6
Porcelana electrotécnica 6.5
Seda natural 4-5
Fuente: Manual de física elemental, Koshkin N. I, Shirkévich M. G., Edt. Mir,
págs 124-125
Teoría molecular de las cargas inducidas
La disminución de la diferencia de potencial que experimenta el condensador
cuando se introduce el dieléctrico puede explicarse cualitativamente del siguiente
modo.

3. Las moléculas de un dieléctrico pueden clasificarse en polares y no polares. Las
moléculas como H2, N2, O2, etc. son no polares. Las moléculas son simétricas y
el centro de distribución de las cargas positivas coincide con el de las negativas.
Por el contrario, las moléculas N2O y H2O no son simétricas y los centros de
distribución de carga no coinciden.
Bajo la influencia de un campo eléctrico, las cargas de una molécula no polar
llegan a desplazarse como se indica en la figura, las cargas positivas
experimentan una fuerza en el sentido del campo y las negativas en sentido
contrario al campo. La separación de equilibrio se establece cuando la fuerza
eléctrica se compensa con la fuerza recuperadora (como si un muelle uniese los
dos tipos de cargas). Este tipo de dipolos formados a partir de moléculas no
polares se denominan dipolos inducidos.
Las moléculas polares o dipolos permanentes de un dieléctrico están orientados
al azar cuando no existe campo eléctrico, como se indica en la figura de la
derecha. Bajo la acción de un campo eléctrico, se produce cierto grado de
orientación. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es el número de
dipolos que se orientan en la dirección del campo.
Sean polares o no polares las moléculas de un dieléctrico, el efecto neto de un
campo exterior se encuentra representado en la figura inferior. Al lado de la placa
positiva del condensador, tenemos carga inducida negativa y al lado de la placa
negativa del condensador, tenemos carga inducida positiva.

4. Como vemos en la parte derecha de la figura, debido a la presencia de las cargas
inducidas el campo eléctrico entre las placas de un condensador con
dieléctrico E es menor que si estuviese vacío E0. Algunas de las líneas de campo
que abandonan la placa positiva penetran en el dieléctrico y llegan a la placa
negativa, otras terminan en las cargas inducidas. El campo y la diferencia de
potencial disminuyen en proporción inversa a su constante dieléctrica k.=є/є0
E=E0/k
Ejemplo:
Se conecta un condensador plano-paralelo a una batería de 10 V. Los datos del
condensador son:
 el área de cada una de sus placas es 0.07 m2
,
 la distancia entre las mismas es 0.75 mm.
1. Condensador vacío
La capacidad del condensador vacío

5. La carga Q y densidad de carga σf en las placas del condensador es
Q=C0·(V-V’), Q=8.25·10-9
C
El campo eléctrico en el espacio comprendido entre las placas del
condensador es
E0=σf/є0, E0=13333.33 N/C
2. Se desconecta el condensador de la batería y se introduce un dieléctrico, por
ejemplo, baquelita de k=4.6
La capacidad del condensador, aumenta
C=k·C0, C=3.80·10-9
F
La diferencia de potencial entre las placas, disminuye
V-V’=Q/C, V-V’=2.17 V
El campo eléctrico E en el espacio comprendido entre las placas del
condensador es
E=E0/k, E=2898.6 N/C
Podemos considerar este campo E, como la diferencia entre le
campo E0 producido por las cargas libres existentes en las placas, y el
campo Eb producido las cargas inducidas en la superficie del dieléctrico,
ambos campos son de signos contrarios.
E=E0-Eb
La densidad de carga inducida en el dieléctrico es σb=9.23·10-8
C/m2

6. Condensadores en paralelo
Supongamos que tenemos dos condensadores iguales cargados con la misma
carga q, en paralelo. Si introducimos un dieléctrico de constante dieléctrica k en
uno de los condensadores. La capacidad del condensador con dieléctrico
aumenta, la diferencia de potencial entre sus placas disminuye.
Al unir las placas del mismo signo de los dos condensadores, la carga se repartirá
hasta que se igualen de nuevo sus potenciales
La analogía hidráulica se muestra en la figura inferior
2q=q1+q2
De este sistema de ecuaciones despejamos q1 y q2.

7. 2.4.1 MATERIALES
DIELECTRICOS
Los materiales dieléctricos son aquellos que no conducen la electricidad, por lo que
se usan como aislantes eléctricos.
 No poseen electrones libres en su estructura.
 Tienen sus electrones fuertemente ligados a los núcleos (requieren un gran
suministro de energía externa para desplazarlos de un átomo a otro).
 Sus moléculas son eléctricamente neutras y contienen igual número de
cargas positivas y negativas.
 Sus moléculas pueden ser: polares o no polares.
 Puede soportar un campo eléctrico de alta sin dejar que el flujo de corriente a
través de ella.
 Se definen por su fuga constante dieléctrica, corriente y tensión de ruptura.
Los diferentes materiales que se utilizan como dieléctricos tienen diferentes grados
de permitividad (diferente capacidad para el establecimiento de un campo eléctrico).
Los materiales dieléctricos pueden ser : sólidos, líquidos, o gases.

8. -Los sólidos son los más usados pues son buenos aisladores; por ejemplo la porcelana,
el cristal, la madera, y la mayoría plásticos.
-El alto vacío puede también ser un dieléctrico útil.
-El aire, nitrógeno y hexafluoride del sulfuro son los gaseosos de uso general.
Normalmente un dieléctrico se vuelve conductor cuando se
sobrepasa el campo de ruptura del dieléctrico (rigidez dieléctrica).
Es decir, si aumentamos mucho el campo eléctrico que pasa por el dieléctrico
convertiremos dicho material en un conductor.

9. POLARIZACION
Es probable que un material dieléctrico responda a la acción de un campo eléctrico
externo con desplazamientos relativos de su carga positiva respecto de la carga
negativa, generándose un conjunto alineado de dipolos eléctricos en la muestra
dieléctrica,este fenómeno se le conoce como polarización.
USOS
Este material tiene diversas utilidades:
 En la elaboración de capas industriales, por ejemplo: parylene proporcionan
una barrera dieléctrica entre el substrato y su ambiente.El Aceite mineral es
extensivamente usado el interior eléctrico transformadores para asistir a
refrescarse.
 El ricino, es de uso frecuente adentro alto voltaje condensadores para ayudar a
prevenir descarga de corona y capacitancia del aumento.
 Algunos procesados, llamados electrets (ferroeléctricos),
puede conservar exceso de carga interna o “congelado en” la polarización.
Tiene usos prácticos numerosos en el hogar y la industria.
 Se utilizan en la fabricación de condensadores, para que las cargas reaccionen.

10. 
Conclusión

11. Obtenemos que el uso de materiales dieléctricos es de suma importancia, pues
ayudan mucho en la prevención de accidentes al aislar electricidad proveniente de
los campos en los que se requiera ;al igual que pueden apoyar en la actualidad al
desarrollo de la tecnología y la ciencia, pues es indispensable el uso de la electricidad
,así como su control y aislamiento en determinados procesos y tiempos.
CUESTIONARIO
1. ¿Qué característica tienen los materiales dieléctricos?
No pueden conducir electricidad.
2. ¿Qué materiales son considerados dieléctricos?
La porcelana, el cristal, la madera, y la mayoría plásticos.
3. ¿Por qué se usan los materiales dieléctricos?
Porque son muy buenos aislantes eléctricos.
4. ¿Cómo se definen los materiales dieléctricos?

12. Por su su fuga constante dieléctrica, corriente y tensión de ruptura.
5. Este tipo de materiales ayudan en la creación de:
Capacitores y condensadores.
6. ¿En qué estados se pueden encontrar los materiales dieléctricos?
Solido, líquido y gaseoso.
7. ¿Qué sucede al aumentar mucho el campo eléctrico de un material
dieléctrico?
Convertiremos el material en un conductor eléctrico.
8. ¿Qué materiales NO pueden ser considerados como dieléctricos?
El cobre, el oro, la plata y la mayoría de los metales.
9. ¿Cómo se encuentran las moléculas de un material dieléctrico?
Son eléctricamente neutras y contienen igual número de cargas positivas y negativas.
10. ¿Cómo se le conoce al fenómeno en el cual material dieléctrico
responda a la acción de un campo eléctrico externo con desplazamientos
relativos de su carga positiva respecto de la carga negativa, por lo cual se
genera conjunto alineado de dipolos eléctricos?
Polarización.
**Si deseas evaluar tus conocimientos sobre el tema, accede y descarga el archivo
adjunto y contesta el cuestionario dinámico.

13. Fuentes:
http://es.wikipedia.org/wiki/Diel%C3%A9ctrico
http://html.rincondelvago.com/materiales-dialectricos.html
http://www.unicrom.com/Tut_condensador.asp
http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Dielectric
http://www.youtube.com/watch?v=naC7UC99KOY
GERALDINE XARENI GONZALEZ MORA