Polarização Elétrica
A polarização elétrica é um deslocamento relativo leve de cargas elétricas positivas e negativas em direções opostas dentro de átomos ou moléculas de um isolante, ou dielétrico, induzido por um campo elétrico externo. Este fenômeno aumenta a carga superficial do capacitor para uma dada força de campo elétrico quando o dielétrico é polarizado pelo campo aplicado.
Capacitância e Polarização
A aplicação de um campo elétrico entre duas placas induz uma carga oposta no dielétrico, opondo-se ao campo elétrico aplicado. O resultado é a redução do campo elétrico dentro do dielétrico, que preenche o espaço entre as placas, permitindo que o capacitor armazene mais carga. Existem três tipos de polarização: polarização eletrônica, polarização orientacional e polarização iônica.
Polarização em Dielétricos
Em contraste com os metais, onde as cargas podem se mover livremente, em dielétricos, todas as cargas estão ligadas a átomos e moléculas específicos, conhecidas como cargas ligadas. Essas cargas, no entanto, podem ser deslocadas (polarizadas) dentro de um átomo ou molécula pela aplicação de um campo elétrico. Tais deslocamentos microscópicos não são tão dramáticos quanto a reorganização de carga em um condutor, mas seus efeitos cumulativos são responsáveis pelo comportamento característico dos materiais dielétricos.
Tipos de Polarização
Polarização Eletrônica: Aqui, quando o campo externo é aplicado, as nuvens eletrônicas dos átomos são deslocadas em relação aos núcleos pesados dentro das dimensões desses átomos. Isso é chamado de polarização eletrônica.
Polarização Orientacional: Polarização orientacional é uma polarização inerente ou induzida em moléculas em que a distorção assimétrica dos núcleos é possível. Moléculas polares, como H2O, são exemplos típicos. Na ausência de um campo elétrico, o momento dipolo elétrico dessas moléculas se move em direções imprevisíveis. Com um campo elétrico externo, as moléculas se alinham na mesma direção do campo.
Polarização Iônica: Polarização iônica é causada por deslocamentos relativos entre íons positivos e negativos em cristais iônicos (por exemplo, NaCl).
Constante Dielétrica
Experimentalmente, verificou-se que a capacitância C aumenta quando o espaço entre os condutores é preenchido com dielétricos. A constante dielétrica de um isolante mede a capacidade do dielétrico de armazenar energia elétrica em um campo elétrico. A constante dielétrica, denotada por κ (kappa), é a mesma quantidade que a permissividade relativa, denotada por εr. A constante dielétrica ainda é usada, mas está sendo substituída por organizações de normas em engenharia.
Em uma região completamente preenchida por um material dielétrico com constante dielétrica κe, todas as equações eletrostáticas contendo a constante de permissividade ε0 devem ser modificadas substituindo ε0 por κeε0. Quanto maior a constante dielétrica, maior a quantidade de carga que pode ser retida. A capacitância de um capacitor é aumentada por um fator da constante dielétrica quando o espaço entre as placas é completamente preenchido com um dielétrico. C = εrC0 = κeC0, onde C0 é a capacitância entre as placas sem dielétrico.
Veja Também
- Capacitância
- Polarização Elétrica
- Permissividade
