Lapermitividad eléctrica (llamada tambiénconstante dieléctrica para dieléctricos homogéneos) es unparámetro físico de los materiales que describe cuánto son afectados por un campo eléctrico. La información del campo eléctrico está contenida en los vectoresE yD, dondeE es la intensidad yD 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 vectorB 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 = 8.8541878176x10-12 C2 / (N·m²).
La permitividad está determinada por la tendencia de un material apolarizarse ante la aplicación de uncampo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con lasusceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en uncondensador una alta permitividad hace que la misma cantidad decarga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a unpotencial menor, llevando a una mayor capacidad del mismo.
Enelectromagnetismo se define elcampo de desplazamiento eléctricoD o flujo eléctrico, como elcampo eléctricoE multiplicado por la permitividad eléctrica del medio. De este modo elD solo es inducido por las cargas libres y no por las cargas dipolares. La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es:
dondeε es unescalar si el medio esisótropo o untensor de segundo orden en otros casos. Y su relación con el vectorpolarizaciónP de la que deriva esta última viene dada por la siguiente ecuación:[1]
A partir de la cual y empleando los resultados del estudio delcampo eléctrico y equilibrio en undieléctrico, conseguimos de la ecuación que en undieléctrico relaciona alcampo a escala macroscópica con el campo medio creado por todos losdipolos y el campo local (el percibido por cadadipolo):
En esta expresión gracias a haber calculado el campo medio creado por todos losdipolos podemos relacionar<E> (campo medio) con lapolarización eléctrica (P):
de este modo tenemos:
Como sabemos que lapolarización se puede escribir en función delmomento dipolar y este relacionarse con el campo eléctrico macroscópico (E) tenemos:
Donde α es lapolarizabilidad, N el número de dipolos yp elmomento dipolar. De esta expresión podemos despejarP de la siguiente manera:
siendo lasusceptibilidad eléctrica de este modo podemos llegar a la relación inicial entreD yE sabiendo que lapermitividad relativa y que la permitividad por lo tanto podemos llegar a nuestra relación a partir de la expresión que relacionacampo de desplazamiento eléctricoD, como elcampo eléctricoE ypolarizaciónP que ya habíamos visto:
La permitividad, tomada en función de lafrecuencia, puede tomar valoresreales ocomplejos. 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 unmedio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.
La unidad de medida en elSI es elfaradio pormetro (F/m).D se mide enculombios pormetro cuadrado (C/m²), mientras queE se mide envoltios pormetro (V/m).
D yE representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados.D está relacionado con las densidades de carga asociada a esta interacción.E se relaciona con lasfuerzas y diferencias de potencial involucradas. La permitividad del vacío, es el factor de escala que relaciona los valores deD yE en ese medio. es igual a 8.8541878176...×10-12 F/m.
Lapermitividad del vacío es el cociente de los camposD/E en ese medio. También aparece en laley de Coulomb como parte de laconstante de fuerza de Coulomb,, que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío.
donde es lavelocidad de la luz y es lapermeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades delSI.
La permitividad de un material se da normalmente en relación con la del vacío, denominándose permitividad relativa, (también llamadaconstante dieléctrica en algunos casos). La permitividad absoluta se calcula multiplicando la permitividad relativa por la del vacío:
donde es lasusceptibilidad eléctrica del material. En la siguiente tabla se muestran las permitividades relativas de algunos dieléctricos:
| Material | (adimensional) |
|---|---|
| Aceite mineral | 2,7 |
| Aceite | 2,8 |
| Agua destilada | 80 |
| Caucho | de 2,1 a 2,9 |
| Acetona | 191 |
| Aire | 1,00058986 ± 0,00000050 (enCNPT, para 0,9 MHz),[2] |
| Papel | 1,5 |
| Papel parafinado | 3,7 |
| Parafina | 2,1 |
| Cuarzo | 4,5 |
| PVC | de 30 a 40 |
| Baquelita | 5 |
| Vidrio | de 5,6 a 10 |
| Mica | 5,4 |
En el caso común de un medioisótropo,D yE sonvectores paralelos y es unescalar, pero en mediosanisótropos, este no es el caso y es untensor de rango 2 (lo que causabirrefringencia). La permitividad eléctrica y lapermeabilidad magnética de un medio determinan lavelocidad de fasev deradiación electromagnética dentro del mismo:
Cuando un campo eléctrico es aplicado a un medio, unacorriente fluye. La corriente total que discurre por un material real está, en general, compuesta de dos partes: una corriente de conducción y una de desplazamiento. Lacorriente de desplazamiento puede pensarse como la respuesta elástica de un material al campo eléctrico aplicado. 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. El desplazamiento eléctrico se puede separar entre una contribución del vacío y una del material:
dondeP es lapolarización del medio y es lasusceptibilidad eléctrica. Se deduce que la permitividad relativa y la susceptibilidad de un material están relacionadas,
Enelectricidad, se llamaabsorción a la propiedad de undieléctrico utilizado en uncondensador 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 elcortocircuito durante unos minutos, y nuevamente haber sido cortocircuitadas. Denominada tambiénsaturación dieléctrica.
| Control de autoridades |
|
|---|
Datos:Q211569