Permitividad en Electromagnetismo
La permitividad, también conocida como permitividad absoluta, es una medida de la polarizabilidad eléctrica de un dieléctrico o aislante. Los materiales con alta permitividad, como el titanato de estroncio, se polarizan más en respuesta a un campo eléctrico aplicado en comparación con aquellos de baja permitividad, almacenando así más energía.
Permitividad Relativa y Constante Dieléctrica
La permitividad relativa, denotada por εr, es la misma cantidad que la constante dieléctrica, denotada por κ (kappa). La permitividad relativa de un vacío es, por definición, la unidad. En términos de unidades, la permitividad relativa es adimensional, mientras que la permitividad absoluta se mide en faradios por metro (F/m).
Importancia en Electroestática
En electrostática, la permitividad juega un papel crucial en la determinación de la capacitancia de un capacitor. La permitividad absoluta se representa a menudo por la permitividad relativa εr, que es la razón entre la permitividad absoluta ε y la permitividad del vacío ε0.
Permitividad del Vacío
La permitividad del vacío (también llamada permitividad del espacio libre o constante eléctrica), ε0, es una constante física que mide la densidad de un campo eléctrico que se forma en respuesta a cargas eléctricas. Está también vinculada a la energía almacenada en un campo eléctrico y la capacitancia, y sorprendentemente, se relaciona fundamentalmente con la velocidad de la luz.
Susceptibilidad Eléctrica
La susceptibilidad eléctrica, χe, es una constante de proporcionalidad adimensional que indica el grado de polarización de un material dieléctrico en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Se define como la proporcionalidad de la densidad de polarización dieléctrica inducida P a un campo eléctrico E. La susceptibilidad está relacionada con su permitividad relativa, εr.
Polarización Eléctrica
A diferencia de los metales, en los dieléctricos, todas las cargas están unidas a átomos y moléculas específicos. Estas cargas, aunque unidas, pueden desplazarse (polarizarse) dentro de un átomo o molécula al aplicar un campo eléctrico. La polarización eléctrica es un desplazamiento relativo leve de carga eléctrica positiva y negativa en direcciones opuestas dentro de átomos o moléculas de un aislante o dieléctrico, inducido por un campo eléctrico externo.
Tipos de Polarización
Existen tres tipos de polarización:
Polarización Electrónica: desplazamiento de las nubes de electrones en átomos en respuesta a un campo externo.
Polarización Orientacional: ensamblaje de moléculas en la misma dirección que el campo eléctrico en materiales polares como H2O.
Polarización Iónica: desplazamientos relativos entre iones positivos y negativos en cristales iónicos.
Dieléctricos en Capacitores
El uso más significativo de los dieléctricos se encuentra en los capacitores. Colocar un dieléctrico sólido entre las placas de un capacitor cumple tres funciones: separación mecánica, aislamiento eléctrico y reducción del campo eléctrico, lo que aumenta la capacitancia. La aplicación de un dieléctrico aumenta la carga superficial del capacitor para una dada fuerza de campo eléctrico. La capacitancia con dieléctrico se calcula como C = κeC0, donde C0 es la capacitancia entre las placas sin dieléctrico.
