Fisica General Burbano

430 EL CAMPO ELÉCTRICO EN LA MATERIA
el campo eléctrico inducido por las cargas de polarización. (Esta última frase se comprenderá a
medida que se avance en la lectura de este tema).
Un cálculo que tiene su interés en la determinación de capacidades de condensadores con
dieléctricos en su interior, es el que nos determina cuánto tendríamos que acercar las armaduras
de un condensador plano (D d), suprimiendo el dieléctrico para conservar la misma capacidad
(Fig. XIX-27).
Como la capacidad de un condensador plano entre cuyas armaduras existe un dieléctrico es:
C = e′ e 0
A/d, entonces:
e A A
C = ′ e e e′ −
=
⇒ ∆ d = d
d d − ∆ d
e′
0 0 1
Fig. XIX-26.– Al introducir un dieléctrico
entre las placas de un condensador
cargado y conectado a su fuente
de alimentación, la diferencia de potencial
entre sus armaduras permanecerá
constante, entonces la fuente suministra
más carga a las placas del
condensador, aumentando su capacidad.
Fig. XIX-27.– Si los condensadores
tienen la misma capacidad, ¿cuánto
vale D d ?
Fig. XIX-28.– Acción de un campo
eléctrico uniforme sobre un dipolo.
Los materiales que vamos a tratar en este capítulo son los DIELÉCTRICOS LHI (lineales, homogéneos
e isótropos); los cuales son lineales por la proporcionalidad de la carga y el potencial al ser
introducidos en un condensador, homogéneos por ser e′ independiente de la muestra particular de
la sustancia que se elija, e isótropos porque e′ es independiente de la orientación del dieléctrico al
ser introducido en un campo eléctrico.
El crecimiento de la capacidad de un condensador parece que puede ser indefinido, sin más
que aproximar suficientemente la distancia entre sus armaduras, disminuyendo el espesor del
dieléctrico; sin embargo, esto no es posible puesto que el gradiente del potencial a que puede someterse
a un dieléctrico, está limitado por lo que ya hemos llamado en el párrafo XIX-11 potencial
de ruptura o RIGIDEZ DEL DIELÉCTRICO (k), llegando un momento en el que si vamos aumentando el
campo eléctrico entre las placas del condensador, salta una chispa entre sus armaduras (chispa disruptiva),
y el material aislante deja de serlo (se perfora) y conduce.
Otra función de gran interés práctico que realiza un dieléctrico es proporcionar un medio
mecánico de separación de los conductores que forman el condensador.
CONSTANTES DIELÉCTRICAS
(e′) a 20 ºC.
Vacío ................................ 1,0000
Aire .................................. 1,0006
Parafina ............................. 2,2
Ebonita ............................. 3
Papel ................................. 3 - 7
Cuarzo .............................. 4,3
Vidrio ............................... 4 - 7
Mica ................................. 5 - 7
Porcelana ......................... 6 - 8
Alúmina ............................ 8,5
Aceite ............................... 2 - 2,5
Benceno ............................ 2,3
Metanol ............................. 33
Glicerina ............................ 42
Agua ................................ 80
RIGIDEZ DIELÉCTRICA (k) DE ALGUNAS
SUSTANCIAS
RIGIDEZ
DIELÉCTRICO
(MV/m)
Hidrógeno (1 atm) 2
Oxígeno (1 atm) 2,6
Aire seco (1 atm) 3
Aire seco (20 atm) 50
Dióxido de carbono 2,6
Petróleo 65
Aceite 14
Ebonita 42 - 54
Mica 30 - 220
Papel parafinado 30 - 50
Poliestireno 100
Vidrio 25 - 150
XIX – 19. Fuerzas sobre un dipolo sumergido en un campo eléctrico
En el párrafo XVIII-32, definíamos el «dipolo eléctrico» y a tal distribución le asociábamos la
magnitud vectorial «momento dipolar» p = q l.
Estudiemos el caso de tener un dipolo con libertad de movimiento y «sumergido» en un campo
eléctrico uniforme (líneas equidistantes). Si q es la carga eléctrica de cada extremo o polo, la fuerza
que actúa sobre cada uno de ellos es: F = q E (Fig. XIX-28).
Las dos fuerzas, paralelas, iguales y de sentido contrario, originan un par, cuyo momento es en
módulo: N = Fd = Eqlsen j, siendo j el ángulo formado por el eje del dipolo y el sentido positivo
de las líneas de fuerza.
El dipolo girará hasta una posición en que N = 0. Ninguno de los factores puede serlo, excepto
sen j. Al ser: sen j = 0, el ángulo j = 0 ó 180º, colocándose el dipolo paralelo a las líneas de
fuerza. Cuando j = 0, corresponde a una posición de equilibrio estable (las líneas de fuerza entran
por el polo negativo del dipolo); si j = 180º, el equilibrio es inestable (las líneas de fuerza
entran por el polo positivo del dipolo) y bastaría un pequeño golpecito para que adquiriese la posición
de equilibrio estable.
Teniendo en cuenta el valor del momento dipolar, el momento del par lo podremos expresar
en forma vectorial:
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