Susceptibilidad Eléctrica
En electromagnetismo, la susceptibilidad eléctrica, simbolizada como χe, es una constante de proporcionalidad adimensional que indica el grado de polarización de un material dieléctrico en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Cuanto mayor sea la susceptibilidad eléctrica, mayor será la capacidad de un material para polarizarse en respuesta al campo, reduciendo así el campo eléctrico total dentro del material.
La susceptibilidad eléctrica se define como la constante de proporcionalidad de la densidad de polarización dieléctrica inducida P con un campo eléctrico E. Si un material dieléctrico es un dieléctrico lineal, entonces la relación es:
La susceptibilidad se ha demostrado que está relacionada con su permitividad relativa, también conocida como constante dieléctrica εr, por:
Polarización Eléctrica
A diferencia de los metales, donde las cargas son libres de moverse a través del material, en los dieléctricos, todas las cargas están unidas a átomos y moléculas específicos. Estas cargas son conocidas como cargas ligadas. Sin embargo, estas cargas pueden desplazarse (polarizarse) dentro de un átomo o una molécula mediante la aplicación de un campo eléctrico.
La polarización eléctrica es un leve desplazamiento relativo de la carga eléctrica positiva y negativa en direcciones opuestas dentro de átomos o moléculas de un aislante, o dieléctrico, inducido por un campo eléctrico externo. Estos desplazamientos microscópicos no son tan dramáticos como la reorganización de la carga en un conductor, pero sus efectos acumulativos explican el comportamiento característico de los materiales dieléctricos.
Cuando se aplica un campo eléctrico externo a un material dieléctrico, este material se polariza, lo que significa que adquiere un momento dipolar. Esta propiedad de los dieléctricos se conoce como polarizabilidad. Cuando un campo eléctrico actúa sobre una molécula, las cargas positivas se desplazan a lo largo del campo, mientras que las cargas negativas se desplazan en una dirección opuesta a la del campo. El efecto es, por lo tanto, separar las cargas opuestas, es decir, polarizar la molécula.
Tipos de Polarización
- Polarización Electrónica: Aquí, cuando se aplica el campo externo, las nubes de electrones de los átomos se desplazan con respecto a los núcleos pesados dentro de las dimensiones de estos átomos. Esto se denomina polarización electrónica.
- Polarización Orientacional: La polarización orientacional es una polarización que es inherente a las moléculas, o puede ser inducida en cualquier molécula en la que sea posible la distorsión asimétrica de los núcleos (polarización por distorsión). Las moléculas polares son aquellos tipos de dieléctricos en los que las posibilidades de colisión de moléculas positivas y negativas son nulas o cero. Esto se debe a que todas son asimétricas en forma. H2O es un ejemplo típico. Cuando no hay campo eléctrico, el momento dipolar eléctrico de estas moléculas se mueve en una dirección impredecible. El momento dipolar promedio es 0 como resultado de esto. Si hay un campo eléctrico externo, las moléculas se ensamblarán en la misma dirección que el campo eléctrico.
- Polarización Iónica: La polarización iónica es la polarización causada por desplazamientos relativos entre iones positivos y negativos en cristales iónicos (por ejemplo, NaCl).
La susceptibilidad eléctrica influye en la permitividad eléctrica del material y, por lo tanto, influye en muchos otros fenómenos en ese medio, desde la capacitancia de los capacitores hasta la velocidad de la luz.
