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Materiales dielectricos, Apuntes de Ingeniería

apuntes sobre materiales dieléctricos

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 10/03/2020

michiOmar
michiOmar 🇧🇴

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05/07/2012
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Materiales
Dielectricos
Materiales
Eléctricos
Materiales Eléctricos
¿Qué es un dieléctrico?
Es un material usado para aislar componentes eléctricamente
entre si y actuar como elemento capacitivo.
Sirve como elemento físico separador para realizar un
capacitor ya que si tendríamos solo aire en el medio seria
difícil poder realizar esta separación físicamente.
En otras palabras un dieléctrico es un buen aislante.
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  • • Es un material usado para aislar componentes eléctricamente entre si y actuar como elemento capacitivo.Sirve como elemento físico separador para realizar un capacitor ya que si tendríamos solo aire en el medio seria difícil poder realizar esta separación físicamente.^ ¿Qué es un dieléctrico?^ Dielectricos^ Materiales Eléctricos^ Materiales^ Materiales^ Eléctricos
  • En otras palabras un dieléctrico es un buen aislante.
  • • La conductividad normalmente se mide en términos de la resistencia de aislamiento dada por: dieléctrico CONDUCTIVIDAD:donde J es la densidad de corriente yE el campo eléctrico aplicado.s Metales^  JE l R Conductividad  s dA^ Materiales Eléctricos^ E d: longitud del A: área transversal^ d^ J^ s l Plata Cobre Cobre Oro Aluminio Algunas conductividades eléctricasRecocido 6,305,965,804,553,78^ Eléctrica(S·m ××××× 101010101077777 -^1 )^2020202020 - 25 Temperatura(°C)^ La conductividad eléctrica más alta de cualquier metal Se refiere a 100% IACS (Standard Internacional de Cobre Recocido, de sus siglas en inglés: International Annealed Standard).Apuntes Copper

Vidrio Lucita Mica Teflón Cuarzo Parafina Agua de mar Agua potable Agua desionizada • • Como se dijo el dieléctrico debe ser un aislante por lo tanto la conductividad debe ser muy baja.Los materiales dieléctricos suelen tener un rango de Aislantes Líquidos 10 < 10 (^10) < 101,333,37 (^5) 0,00055,5 - -^1011 Eléctrica(S·m Eléctrica(S·m×ConductividadConductividad- (^) - 13 a 10 (^13) ×× a 10 10 1010 a- 6 0,05---- 18171415 - -^11 ))^23 Temperatura(Temperatura( Materiales Eléctricos°°C)C)^ Solo si está fundido, en estado sólido es un semiconductor.1,2 gas; × 10 ApuntesApuntes- (^4) en agua sin

  • conductividad desdeCon este parámetro de caracterización de un dieléctrico se podría pensar que cualquier aislante puede servir como dieléctrico, sin embargo esto también se caracteriza mediante su constante dieléctrica.^10 -^6 a 10 no es cierto -^20 S·cm-^1. ya que un dieléctrico

Algunas constantes dieléctricas de interés: Ej.: el material que se utiliza en un cable coaxil como aislante, debe tener baja constante dieléctrica para no tener efectos capacitivos. • • Como se observa todos los materiales dieléctricos tiene una alta resistencia dieléctrica.Obsérvese también que el agua es la que mayor constante dieléctrica posee Aislantes Dieléctricos K >>1^ Materiales Eléctricos K  1

   El en el que los por átomos tetrafluoretileno, es CFEs también un gran sumamente la (^270) del cual puede empezar a agrietarse y producir vapores tóxicos.El silicio luzTeflón (PTFE) cuarzo °C y es capaz de soportar temperaturas desde(3,15(también llamado sílice, es un flúor (^) Kflexible átomos) hasta 270. La fórmula química del (^) minerales un polímero similar, no se altera por la acción de aislante eléctrico de 2 =CF hidrógeno (^) , compuesto de°C (^2) (543,15. SiO (^) 2 han sido sustituidos). Ky), valor a partir al monómerodióxido de polietileno - ,,

Si Q = cte. Disminuye la tensión y también disminuye en campo^  Efecto del dieléctrico en los capacitores^ Sin dieléctrico^ c/dieléctrico^ Si V = cte. Aumenta la carga almacenada^ Materiales Eléctricos Materiales Eléctricos^ Con dieléctrico c/dieléctrico  (^) Según la ley de gauss:Sin dieléctrico  Con dieléctrico K: constante dieléctrica

 tienden a desplazarse. Las cargas positivas experimentan una fuerza en el sentido del campo eléctrico mientras que las cargas negativas en sentido contrario al campo. Este tipo de dipolo formado por las moléculas se denominan dipolo inducidos.  azar cuando no existe campo eléctrico, cuando aparece un campo eléctrico estas se orientan con el campo. Mientras mas intenso es el campo mas dipolos se orientaran con el campo Sean polares o no polares las moléculas de un dieléctrico, el efecto neto en^ Interpretación atómica del Efecto Dieléctrico Bajo la influencia de un campo eléctrico las cargas de una molécula polar Los moléculas polares o dipolos permanentes se encuentran orientados al Moléculas no polares Moléculas polares^ Materiales Eléctricos Materiales Eléctricos

presencia de un campo eléctrico es el que muestra la figura: • • (^) Como consecuencia de la inducción de carga el campo eléctrico entra las placas del condensador es menor que si no hubiera dieléctrico ( El campo y la diferencia de potencial disminuyen en proporción inversa a su constante dieléctricaAl lado de la placa positiva, tenemos carga inducida negativa, mientras que al lado de la placa negativa tenemos carga inducida positiva. vacio).

Tipos de Polarización Tipos de Polarización  e iones; bajo la influencia de un campo eléctrico la nube electrónica se desplaza de cada átomo, de modo que el centro de las cargas negativas se desplaza una distancia “d” del núcleo positivo. Este desplazamiento provoca la formación de dipolos inducidos y la polarización del átomo. Polarización Electrónica: tiene lugar en moléculas, átomos^ Materiales Eléctricos Materiales Eléctricos

 polares o no, las cuales tiene átomos con excesos de carga (iones) que se desplazan solicitados por el campo exterior.  sustancias con moléculas polares, es decir hay dipolos formados aun en ausencia del campo eléctrico. Están orientados al azar y al aplicar un campo eléctrico se orientan en el sentido de este. Polarización Iónica: Polarización Orientacional: se presenta en moléculas iónicas, sean se produce únicamente en

Dependencia de la constante dieléctrica con la frecuencia^ Como ejemplo de ruptura dieléctrica se^ puede observar cuando se forma un^ arco en las líneas de lata tensión. Esto se^ produce debido a que se produce la^ ruptura dieléctrica del aire, con lo cual^ conduce y se produce el arco.^ Materiales Eléctricos^ Materiales Eléctricos

En el grafico se puede observar los tipos de polarización en función de la frecuencia. Cuando se aplica un campo eléctrico variable los dipolos deben alinearse junto con el campo, lo que les lleva un determinado tiempo, la inversa de este tiempo es la frecuencia de relajación. Cuando la frecuencia supera este parámetro los dipolos no pueden seguir las variaciones de campo eléctrico

Perdidas Dieléctricas Las perdidas en un dieléctrico se producen principalmente por:  la conductividad del material  estos deben realizar trabajo con lo cual se consume energía Las perdidas dependen de:   Se define un factor de disipación Podemos expresar las perdidas dieléctricas mediante un circuito equivalente: El movimiento de los portadores libres de carga (iones y electrones). Dependen deLa orientación de los dipolos: para que los dipolos se orienten en sentido del campoLa temperaturaLa frecuencia tan    se^ Materiales Eléctricos Materiales Eléctricos σ ω Ɛ’: permitividad: Conductividad: frecuencia

A menudo se suele tomar las perdidas en un capacitor como despreciables pero hay casos en los que son sumamente importante como en un sistema de Muestreo y retención de un conversor AD^ R representa las perdidas por efecto joule (calor generado)^ Para una tensión aplicada V, la corriente de fuga viene dada^ por I^ I^ valores de R y C dependen de la temperatura y de la^ frecuenciac^ = jωf^ CV y tan= V/R y la corriente equivalente por el capacitor esδ^ = If/Ic. Hay que tener en cuenta que los