¡Hola querida comunidad científica de #Hive, reciban todos un cordial saludo!
Si repasamos un poco publicaciones anteriores, nos daremos cuenta que básicamente un capacitor se encuentra constituido por dos placas conductoras y que dentro de dichas placas se encuentra un material aislante, ese material recibe el nombre dieléctrico.
Imagen realizada con la página web de diseño gráfico y composición de imágenes Canva.
Casi todos los capacitores tienen un material no conductor, o dieléctrico, entre sus placas conductoras. Una clase común de capacitor emplea largas tiras de hoja metálica como placas, separadas por tiras de hoja de material plástico como el Mylar. Un emparedado de estos materiales se enrolla para formar una unidad capaz de proporcionar una capacitancia de varios microfaradios en un paquete compacto, como se puede apreciar en la imagen a continuación.
Fuente: Zemansky (2009)
La presencia de un dieléctrico sólido entre las placas las placas de un capacitor tiene tres funciones:
Resuelve el problema mecánico de mantener dos láminas metálicas grandes separadas por una distancia muy pequeña sin contacto efectivo.
El uso de un dieléctrico aumenta la máxima diferencia de potencial posible entre las placas del capacitor. Cualquier material aislante, cuando se somete a un campo eléctrico suficientemente grande, experimenta una ruptura del dieléctrico, una ionización parcial que permite la conducción a través de él. Muchos materiales dieléctricos toleran campos eléctricos más intensos sin ruptura que el aire. Por esto, el uso de un dieléctrico permite a un capacitor mantener una diferencia de potencial V más grande y así almacenar mayores cantidades de carga y energía.
La capacitancia de un capacitor de dimensiones específicas es mayor cuando hay un material dieléctrico entre las placas que cuando hay un vacío. Este efecto se demuestra con ayuda de un electrómetro sensible, un dispositivo que mide la diferencia de potencial entre dos conductores sin permitir un flujo de carga apreciable de uno al otro.
Las imágenes que se pueden observar a continuación nos muestra un electrómetro conectado entre los bornes de un capacitor cargado, con una magnitud de carga Q en cada placa y una diferencia de potencial Vₒ. Cuando se inserta entre las placas una lámina sin carga de un dieléctrico como vidrio, parafina o poliestireno, los experimentos muestran que la diferencia de potencial disminuye a un valor más pequeño. Cuando se retira el dieléctrico, la diferencia de potencial recupera su valor original Vₒ, lo que demuestra que las cargas originales de las placas no han cambiado.
Fuente: Zemansky (2009)
La capacitancia original Cₒ está dada por Cₒ = Q/Vₒ, y la capacitancia C con el dieléctrico presente es C = Q/V. La carga Q es la misma en ambos casos, y V es menor que Vₒ; por tanto, se concluye que la capacitancia C con el dieléctrico presente es mayor que Cₒ. Cuando el espacio entre las placas està ocupado totalmente por el dieléctrico, la proporción de C a Cₒ (igual a la proporción de Vₒ a V) recibe el nombre de constante dieléctrica del material K.
Cuando la carga es constante, Q = Cₒ Vₒ = CV y C/Cₒ = Vₒ/V. En este caso, la expresión anterior la podemos escribir de la siguiente manera:
Con el dieléctrico presente, la diferencia de potencial correspondiente a una carga Q en particular se reduce por un factor K.
La constante dieléctrica K es un numero puro, puesto que C siempre es mayor que Cₒ, K siempre es mayor que la unidad. Posteriormente se muestran algunos valores representativos de K. Es importante acotar que en el caso del vacío, el valor de K = 1 por definición; por lo que toca al aire a temperaturas y presiones ordinarias, K es aproximadamente 1,0006, un valor tan cercano a 1 que para casi todo fin práctico un capacitor de aire es equivalente a uno en un vacío. Cabe resaltar que, si bien el agua tiene un valor muy grande de K, por lo regular no es un dieléctrico muy práctico para emplearse en capacitores. La razón es que, no obstante que el agua pura es un conductor muy malo, también es un excelente disolvente iónico. Cualquier ion disuelto en el agua hará que fluya carga entre las placas del capacitor, con la consecuente descarga de éste.
Finalmente es oportuno resaltar que ningún dieléctrico real es un aislador perfecto. En consecuencia, siempre hay cierta corriente de fuga entre las placas con carga de un capacitor con dieléctrico.
Ya para despedirme espero que el tema sea del agrado de los lectores y deseo ver en los comentarios sus opiniones y aportes significativos que ayuden a la ampliación del tema y que genere un debate crítico y enriquecedor para la satisfactoria divulgación del conocimiento científico.
Referencias
Figuera, J. (2009). Física, Texto y problemario. Caracas: Ediciones CO-BO.
Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.
Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.
