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POLARIZACIÓN EN LOS MATERIALES AISLANTES
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¿QUÉ ES LA POLARIZACIÓN DE LOS
MATERIALES AISLANTES?
El desplazamiento, bajo laacción de un campo eléctrico
externo, de las cargaseléctricas ligadas del dieléctrico
en la dirección de las fuerzasque actúan sobre ellas
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¿Qué diferencia ei!"e en"re #a $%#ari&aci'n de una !u!"ancia n%
$%#ar ( una $%#ar?
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Polarizaciónde las
sustanciasno polares
Prácticamente instantánea
Movimiento totalmente elástico
Sin disipación de energía
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Tipos de polarización de las sustancias
no polares
•Polarización electrónica
•Polarización iónica
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Polarización Electrónica
• Es el desplazamiento elástico de las cargasatómicas dentro del material
• El tiempo que tarda en establecerse estapolarización es de alrededor de 10-15 s
• El desplazamiento la de!ormación de lasórbitas electrónicas no dependen de la
temperatura
• "isminue al aumentar la temperatura debidoa la dilatación del cuerpo
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Polarización #ónica
• Es característica de los sólidos de estructuraiónica
• Se debe al desplazamiento de los iones$ unosrespecto a los otros
• El tiempo que tarda en establecerse estapolarización es entre 10-1% 10-1& s
• 'a temperatura la a!ecta mu poco$ aunque suincremento tiende a debilitar las !uerzas
elásticas interiónicas$ !acilitando la polarización(
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Polarización de
las sustanciaspolares
)o es instantánea
Movimiento inelástico
*on disipación de energía
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Tipos de polarización de las sustancias
polares
•Polarización dipolar de rela+ación
•Polarización iónica de rela+ación
•Polarización por migración
•Polarización espontánea
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Polarización "ipolar de ,ela+ación
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Material en ausencia de un campo eléctrico
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Polarización "ipolar de ,ela+ación
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Material en presencia de un campo eléctrico
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Polarización "ipolar de ,ela+ación
EFECTO DE LA TEMPERATURA
Primero aumenta con el incremento de la
temperatura$ debido a la disminución de laviscosidad del material$ pero si el incremento de
la temperatura contin/a$ el movimiento trmico
caótico de los dipolos limita el proceso de
orientación de los mismos$ disminuendo así lapolarización
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Polarización "ipolar de ,ela+ación
EFECTO DE LA FRECUENCIA DEL CAMPO ELÉCTRICO
*ampos de *" "isminue con el tiempo de
!orma e2ponencial
*ampos de *3 *recerá inicialmente con la
!recuencia$ pero comenzará a disminuir a partir
de aquella !recuencia en que los dipolos no seancapaces de seguir el movimiento oscilatorio que
les impone el campo elctrico$ llegando incluso a
desaparecer
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Polarización #ónica de ,ela+ación
'os iones dbilmente ligados de la sustancia que
están recibiendo el e!ecto del campo elctrico
e2terno reciben además impulsos trmicos
caóticos que pueden coincidir con la dirección delcampo elctrico( Estos iones tienden a separarse
sin romper la estructura$ lo que da lugar a un
desplazamiento neto de las cargas ligadas con
ello a una corriente elctrica en el cuerpo aislante
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Polarización #ónica de ,ela+ación
• "epende de la !recuencia del campo elctrico
de la temperatura
• Produce prdidas
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Polarización por Migración
• Se mani!iesta en los sólidos de estructura no4omognea cuando las 4eterogeneidades son
macroscópicas e2isten impurezas
• Esta polarización se produce con !recuencias ba+ase implica una dispersión considerable de energía
elctrica
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Polarización Espontánea
• Se presenta en algunos materiales especialesdenominados !erroelctricos
• a+o la acción del campo elctrico los dominios seorientan$ lo que acarrea una cierta de!ormación en
la estructura molecular de la sustancia
• Produce prdidas considerables a que elmovimiento es poco elástico
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PERMITIVIDAD DE LAS SUSTANCIASAISLANTES
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Ley de Coulomb
Donde:
q1·q2 - Dos cargas puntuales
r- Distancia que separa dichas cargasR
o - Vector unitario dirigido según la recta que liga las cargas
ε - Parámetro adimensional que caracteria dicho dieléctrico sedenomina permiti!idad relati!a o permiti!idad
εo - "onstante dieléctrica del !ac#o $%&'()·1*-12$+,m
+. ·/o
q1·q2
ε·εo·)·0·r 2
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Campo Eléctrico
'a acción de este campo sobre las partículasligadas de la sustancia aislante da lugar al
!enómeno de la polarización$ que es una propiedad
intrínseca de las sustancias aislantes
. q
+
. ·/oq
ε·εo·)·0·r 2
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Intensidad de laolarización
P.e·εo·Donde:e - 3uscepti4ilidad dieléctrica
!esplazamiento
D.εo·5PD.εo· ε ·
εo· ε ·.ε
o·5P
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emiti"idad
εo· ε ·.εo·5e·εo·
ε .15e
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#alores de ermiti"idad de $lgunas%ustancias
Sustancia Permitividad Estado
Aire 1,00059 Gas
Hidrógeno 1,000! "#$%geno 1,00055 "
&etrac'oruro de car(ono ,) *%+uido
Aceite ara transormador ,5 "
Porce'ana . - / Só'idoa+ue'ita ),/ "
&e'ón ,1 "
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¿ CU)L ES LA *ORMA PR)CTICA DE MEDIR LAMA+NITUD DE LA PERMITI,IDAD EN LOS
MATERIALES AISLANTES?
".ε·"o
#$C&' *o$I%L$(
)E*
ε ."
"o
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¿CU)L ES LA IMPORTANCIA DE LAPERMITI,IDAD EN LOS MATERIALES
AISLANTES?¿QUÉ INDICA LA MA+NITUD DE LA MISMA?
•'a permitividad es el parámetro que cuanti!ica lamagnitud de los di!erentes tipos de polarizaciones
que se presentan en un dielctrico$ constituendo
una propiedad de los mismos
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VARIACIÓN DE LA PERMITIVIDAD CON
LA FRECUENCIA Y LA TEMPERATURA
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6 783 D97:";/9"83 68 P87
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En los dielctricos no polares la permitividad es
independiente de los cambios de !recuencia del
campo elctrico aplicado
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6 783 D97:";/9"83 P87
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En los dielctricos polares$ 4asta una !recuencia ! 0
la permitividad permanece prácticamente
constante$ pero para !recuencias superiores
comienza a disminuir 4asta alcanzar un valor
constante que es el que le corresponde a las
polarizaciones electrónica e iónica que son
independientes de la !recuencia
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Donde:
- "onstante de =oltman; - ;emperatura a4solutar - /adio de la moléculaη - Viscosidad dinámica de la sustancia
> o.·;
'·0·?·r @
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> o
ε∞
ε
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> o - +recuencia cr#tica&
ε∞- Permiti!idad independiente de la >recuencia&
Dependencia de la permiti!idad de la >recuencia
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ε∞
ε
>
VariaciAn de la permiti!idad con la >recuencia en undieléctrico que posee todos los tipos de polariaciAn&
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VariaciAn de la permiti!idad con la temperatura parados >recuencias di>erentes
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