Fundamentos de Conductores, Dieléctricos y Condensadores en Electrostática

Conductores y Aislantes

Se une mediante un hilo de cobre (Cu) una barra de ebonita cargada a la bola de un electroscopio. Las hojas de este se separarán inmediatamente debido a una descarga a lo largo del cobre; por ello, se dice que el cobre es un conductor. Si esto se repite con una goma, las hojas no se separarán, lo que indicará que es un dieléctrico o aislante.

• Metales: Suelen ser buenos conductores. Su valencia es positiva y la capacidad de formar iones les permite liberar un electrón fácilmente.
• Aislantes: En estos materiales hay muy pocos electrones libres o no existen.

Condensadores

Un condensador se compone de dos conductores planos divididos por un aislante. La carga neta del condensador es 0. El campo eléctrico entre dos conductores es proporcional a la carga y, por ello, la diferencia de potencial (Ep) entre conductores también es proporcional a la carga. En la mayoría de ellos, se introduce entre sus láminas un sólido no conductor.

Constante Dieléctrica

Al cociente C/Co se le llama εr, que es la constante eléctrica relativa al vacío:

• Para el aire o vacío, su valor es 1.
• Para un aislante, εr > 1, lo que disminuye el potencial, la intensidad de campo y la carga por unidad de área.

La disminución de potencial se debe a las cargas inducidas de signo opuesto en la superficie del dieléctrico.

Dieléctricos y Polarización

Cuando se coloca un conductor en un campo eléctrico, las cargas libres experimentan desplazamiento. Un dieléctrico, al no tener cargas libres, sufre la aparición de cargas inducidas en su superficie debido a la polarización de sus moléculas:

• Moléculas apolares: En ausencia de campo eléctrico, los centros de gravedad de ambas cargas coinciden. En presencia de un campo, se separan y se comportan como dipolos.
• Moléculas polares: Sus centros de carga no coinciden y actúan como dipolos eléctricos. En ausencia de campo, los dipolos están desordenados, pero en presencia de uno, se orientan hacia la dirección del campo.

Vector Polarización (P)

El grado en el que las moléculas del dieléctrico se polarizan por un campo eléctrico se define como el vector polarización (P), que representa el momento dipolar por unidad de volumen. En un condensador plano, la polarización en el dieléctrico coincide con la densidad de carga ligada (σ = Qi / S).