Dieléctrico

Dieléctrico (aislante) (del otro griego διά "a través de; por separado", y otro griego ἤλεκτρον  - " ámbar ") - una sustancia ( material ) que conduce la electricidad relativamente mal . Las propiedades eléctricas de los dieléctricos están determinadas por su capacidad de polarizarse en un campo eléctrico externo. El término fue introducido en la ciencia por el físico inglés M. Faraday [1] .

La concentración de portadores de carga libres en el dieléctrico no supera los 108 cm – 3 . En electrodinámica, un dieléctrico es un medio con un valor pequeño de la tangente de pérdidas dieléctricas ( ) [2] a la frecuencia considerada ; en tal medio, la corriente de conducción [3] es mucho menor que la corriente de desplazamiento .

Bajo el "dieléctrico ideal" se entiende un medio con un valor , otros dieléctricos se denominan "reales" o dieléctricos (medios) "con pérdidas". Desde el punto de vista de la teoría de bandas de un cuerpo sólido, un dieléctrico es una sustancia con una banda prohibida superior a 3 eV .

El estudio de las propiedades dieléctricas se refiere al almacenamiento y disipación de energía eléctrica y magnética en los materiales [4] [5] . El concepto de dieléctrico es importante para explicar varios fenómenos en electrónica, óptica, física del estado sólido y biofísica celular.

Terminología

Mientras que el término "aislante" implica baja conductividad eléctrica, dieléctrico generalmente significa materiales con alta polarizabilidad . Esta última se expresa mediante un número llamado permitividad relativa . El término "aislante" generalmente se usa para referirse a la no conductividad eléctrica, mientras que el término "dieléctrico" se usa para enfatizar la capacidad de un material para almacenar energía a través de la polarización.

El término "dieléctrico" fue acuñado por William Whewell en respuesta a una solicitud de Michael Faraday [6] [7] . Un dieléctrico ideal es un material con conductividad eléctrica cero [8] .

Propiedades físicas

Convencionalmente, los conductores incluyen materiales con resistividad eléctrica ρ < 10 −5 Ohm m, y los dieléctricos son materiales con ρ > 10 8 Ohm m. La resistividad de los buenos conductores puede ser tan baja como 10 −8 ohm m, mientras que para los mejores dieléctricos puede exceder los 10 16 ohm m. La resistividad de los semiconductores , dependiendo de la estructura y composición de los materiales, así como de las condiciones ambientales, puede variar entre 10 −5 -10 8 Ohm m.

Los metales son buenos conductores de la corriente eléctrica . De los 105 elementos químicos, solo 25 son no metales y 12 elementos pueden exhibir propiedades semiconductoras. Pero además de las sustancias elementales, se conocen miles de compuestos químicos , aleaciones o composites con propiedades conductoras, semiconductoras o dieléctricas. Es bastante difícil trazar un límite claro entre los valores de resistividad de diferentes clases de materiales. Por ejemplo, muchos semiconductores se comportan como dieléctricos a bajas temperaturas. Al mismo tiempo, los dieléctricos sometidos a un fuerte calentamiento pueden exhibir las propiedades de los semiconductores. La diferencia cualitativa es que para los metales el estado conductor es el estado fundamental, mientras que para los semiconductores y dieléctricos es el estado excitado.

El desarrollo de la ingeniería de radio requirió la creación de materiales en los que las propiedades electromagnéticas específicas en frecuencias de radio se combinaran con los parámetros físicos y mecánicos necesarios. Dichos materiales se denominan de alta frecuencia. Comprender las propiedades eléctricas, magnéticas y mecánicas de los materiales, así como las causas del envejecimiento, requiere el conocimiento de su composición química y de fase, estructura atómica y defectos estructurales.

Opciones

Los parámetros de los dieléctricos determinan sus propiedades mecánicas ( elasticidad , fuerza , dureza , viscosidad ), térmicas ( expansión térmica , capacidad calorífica , conductividad térmica ), eléctricas ( conductividad eléctrica , polarización , absorción de energía, fuerza eléctrica ), magnéticas, ópticas y también determinar sus respuestas eléctricas, mecánicas, térmicas ante la acción de un campo eléctrico, esfuerzos mecánicos, temperatura [9] .

Ejemplos

Los dieléctricos incluyen varios gases, líquidos, por ejemplo, aceites, vidrios , varias resinas , plásticos , etc.

La resistencia específica del agua desionizada (ver también: bidestilada ) - 18 MΩ cm.

Los dieléctricos también incluyen paraeléctricos: dieléctricos no lineales que no tienen polarización espontánea, cuya permitividad relativa disminuye con el aumento de la temperatura (estroncio, potasio, titanatos de cadmio; ferroeléctricos por encima de la temperatura de Curie).

Varios dieléctricos exhiben propiedades físicas interesantes. Estos incluyen electretos , piezoeléctricos , piroeléctricos , ferroelásticos , ferroeléctricos , relajantes y ferroeléctricos .

Uso

Al usar dieléctricos de una de las clases más extensas de materiales eléctricos, se definió claramente la necesidad de usar propiedades pasivas y activas.

Los dieléctricos no solo se utilizan como materiales aislantes .

Pasivos

Las propiedades pasivas de los materiales dieléctricos se aprovechan cuando se utilizan como materiales aislantes eléctricos y como dieléctricos en los tipos convencionales de condensadores . Los materiales de aislamiento eléctrico se denominan dieléctricos que no permiten la fuga de cargas eléctricas, es decir, con su ayuda, separan los circuitos eléctricos entre sí o las partes de los dispositivos, instrumentos y aparatos que transportan corriente de las partes conductoras, pero no las que transportan corriente. (del cuerpo, del "suelo"). En estos casos, la constante dieléctrica del material no juega un papel especial, o debe ser lo más pequeña posible para no introducir capacidades parásitas en los circuitos . Si se utiliza un material como dieléctrico de un condensador de una cierta capacidad y de las dimensiones más pequeñas, entonces, en igualdad de condiciones, es deseable que este material tenga una constante dieléctrica grande.

Propiedades activas de los dieléctricos

Los dieléctricos activos, cuyas propiedades dieléctricas dependen del voltaje aplicado, la influencia del entorno externo son ferroeléctricos , piezoeléctricos , piroeléctricos , electroluminóforos , materiales para emisores y obturadores en tecnología láser, electrets , etc.

Notas

  1. ↑ Levanyuk A.P. Dielectrics // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Enciclopedia soviética , 1988. - T. 1. - S. 694-698. - 704 pág. — 100.000 copias.
  2. ↑ Nikolsky V.V., Nikolskaya T.I. Electrodinámica y propagación de ondas de radio. Moscú: Nauka, 1989.
  3. ↑ Corriente de conducción - movimiento dirigido de cargas eléctricas
  4. ↑ Thoms, E.; Sippel, P.; et al. Estudio dieléctrico de mezclas de líquidos iónicos   // Sci . Reps. : diario. - 2017. - Vol. 7 , núm. 1 . — Pág. 7463 . -doi : 10.1038/ s41598-017-07982-3 . - . -arXiv : 1703.05625 . _ —PMID 28785071 .
  5. ↑ Belkin, A.; Bezryadin, A.; Hendren, L.; Hubler, A. Recuperación de nanocapacitores de alúmina después de una ruptura de alto voltaje   // Sci . Reps. : diario. - 2017. - Vol. 7 , núm. 1 . — Pág. 932 . -doi : 10.1038/ s41598-017-01007-9 . - . — PMID 28428625 .
  6. ↑ Daintith, J. Enciclopedia biográfica de científicos. - CRC Press , 1994. - Pág. 943. - ISBN 978-0-7503-0287-6 .
  7. ↑ James, Frank AJL, editor. La Correspondencia de Michael Faraday, Volumen 3, 1841-1848, Carta 1798, William Whewell a Faraday, p. 442. (enlace inaccesible) . Consultado el 18 de mayo de 2012. Archivado desde el original el 23 de diciembre de 2016.   La Institución de Ingenieros Eléctricos, Londres, Reino Unido, 1996. ISBN 0-86341-250-5
  8. ↑ [ [1]  en Google Books Microwave Engineering – RS Rao (Prof.)]  (ing) .
  9. ↑ Res, 1989 , pág. Dieciocho.

Enlaces

Literatura

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