Conceptos Esenciales de Condensadores y Dieléctricos: Polarización y Campo de Ruptura
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Cuestiones Fundamentales sobre Condensadores y Dieléctricos
Propiedades y Comportamiento de los Dieléctricos
3. ¿Qué son los dieléctricos perfectos?
Son materiales aislantes que no presentan pérdidas de energía al polarizarse, es decir, no conducen corriente y no tienen histéresis ni corriente de fuga.
4. Descripción del campo eléctrico real en un condensador plano.
El campo eléctrico real en un condensador plano es uniforme en el centro entre las placas y se curva en los bordes por el efecto de borde.
5. ¿Cómo se comporta un dieléctrico en un campo uniforme?
Se polariza, generando un campo interno que se opone parcialmente al campo aplicado, reduciendo el campo total en el interior.
6. ¿Cómo se comporta un dieléctrico en un campo no uniforme?
Se polariza también, pero aparece una fuerza neta sobre el dieléctrico que tiende a desplazarlo hacia la zona de mayor intensidad del campo.
7. ¿Cómo influye la temperatura en la polarización de un dieléctrico?
A mayor temperatura, la agitación térmica dificulta la orientación de los dipolos, por lo que disminuye la polarización.
Funcionamiento y Limitaciones del Condensador
8. ¿Cómo varía la diferencia de potencial (d.d.p.) entre las armaduras de un condensador al reemplazar el aire por un dieléctrico?
Disminuye si la carga se mantiene constante, porque la capacidad aumenta con la presencia del dieléctrico.
9. Si se reemplaza el aire por un dieléctrico, ¿cómo varía el campo eléctrico?
El campo eléctrico disminuye porque $E = V/d$ y la tensión ($V$) disminuye al introducir un dieléctrico.
10. ¿Cuál es el factor que limita la carga del condensador?
El campo de ruptura del dieléctrico: si se supera, se produce perforación y el condensador deja de funcionar.
11. ¿Cuándo conviene la asociación en serie o en paralelo de condensadores?
- Serie: Para soportar mayor tensión total.
- Paralelo: Para aumentar la capacidad total.
12. ¿Qué es la perforación en un condensador?
Es la destrucción del dieléctrico por un campo eléctrico excesivo, que lo convierte en conductor.
Energía y Relaciones de Campo
13. Deducción intuitiva de la ecuación de la energía de un condensador.
Al cargar un condensador, se incrementa la carga de 0 a $Q$, y la tensión de 0 a $V$. La energía almacenada es el área bajo la curva $Q-V$: $E = \frac{1}{2} \cdot C \cdot V^2$.
14. Deducción de la relación entre campos eléctricos en el interior del dieléctrico y despolarizante.
El campo total es: $E = E_0 - E_p$.
Donde:
- $E_0$: campo aplicado sin dieléctrico.
- $E_p$: campo creado por la polarización (campo despolarizante).
15. Deducción de la ecuación que relaciona la densidad de carga aparente de polarización y la densidad de carga real.
La relación fundamental es la del vector desplazamiento eléctrico ($D$): $D = \varepsilon_0 \cdot E + P$.
La carga real está en las placas; la carga aparente es la asociada a la polarización del dieléctrico.