Isolantes

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CAPÍTULO IV
MATERIAIS ISOLANTES
4.1 - Introdução
Quando se trata de campos eletrostáticos, o meio no qual os mesmos existem deverá ter
resistividade muito alta, ou seja, deverá opor-se tanto quanto possível, à passagem de corrente
elétrica de condução, motivo pelo qual recebe o nome de dielétrico. O material que o constitui é
designado por isolante.
O papel dos dielétricos na eletrotecniaé muito importante e tem dois aspectos:
• realizam o isolamento entre os condutores, entre estes e a massa ou a terra, ou, ainda, entre
eles e qualquer outra massa metálica existente na sua vizinhança;
• modificam, em proporções importantes, o valor do campo elétrico existente em determinado
local.
O processo principal, característico para qualquer dielétrico, que se produz quando sobre
eleatua uma tensão elétrica, é a polarização, ou seja, o deslocamento limitado de cargas ou a
orientação das moléculas dipolares.
Os fenônemos devidos a polarização de um dielétrico podem ser julgados através do
valor da constante dielétrica e pelos ângulo de perdas dielétricas, se a polarização vem
acompanhada de dissipação de energia que provoca o aquecimento do dielétrico. Neste
aquecimentotomam parte as poucas cargas livres que existem no material, as quais determinam o
aparecimento de uma corrente de fuga, que passa através do dielétrico e sua superficie.
A maioria dos dielétricos se caracteriza por um deslocamento elétrico das cargas como
uma função linear do campo elétrico que se cria no dielétrico.
Todo dielétrico inserido em um circuito elétrico pode ser considerado como umcapacitor de capacidade determinada (Fig. 4.1). Como sabemos, a carga em um capacitor
qualquer é dada por:
Q = C. U

(4.1)

-----------+++++++++
U (Fonte de Tensão)
-----------+++++++++
Fig. 4.1 - Polarização

Materiais Elétricos

72

Onde C é a capacitância do capacitor e U a tensão aplicada. A quantidade de carga Q,
para um dado valor da tensão aplicada, é a soma de duascomponentes: Q0, que é a carga que
existiria se os eletrodos estivessem separados pelo vácuo, e Qd, que é devida a polarização do
dielétrico que na verdade separa os tais eletrodos.
Q = Q0 + Qd

(4.2)

Uma das características mais importantes de um dielétricos é sua permissividade relativa
ou constante dielétrica ε. Esta magnitude é razão entre a carga Q, obtida com uma determinada
tensão nocapacitor que contém um dado dielétrico e a carga Q0, que poderia obter-se com um
capacitor das mesmas dimensões, com a mesma tensão, se entre os eletrodos existisse vácuo.
ε = Q = 1 + Qd
Q0
Q0

(4.3)

Da expressão 4.3 se deduz que a permissividade relativa de qualquer substância dielétrica
é maior que a unidade. A constante dielétrica ε também pode ser determinada pela razão entre acapacitância de um capacitor com o dado dielétrico e a capacitância de outro capacitor com as
mesmas dimensões cujo dielétrico seja o vácuo.
Voltando ao estudo do fenômeno da polarização, deve-se distinguir os tipos
fundamentais de polarização:
• Ao primeiro tipo de polarização pertencem as polarizações eletrônica e iônica que ocorre de
um modo praticamente instantâneo sob a ação de um campoelétrico e sem dissipação de
energia, se caracterizando por um deslocamento elástico de íons ou elétrons ligados ao núcleo
de um átomo. A polarização eletrônica diminui com o aumento da temperatura, devido a
dilatação do dielétrico e conseqüente diminuição do número de partículas por unidade de
volume. Já a polarização iônica é intensificada com o aumento da temperatura, uma vez que se
debilitam asforças elásticas interiônicas quando aumentam as distâncias entre os íons quando o
corpo se dilata;
• A polarização dipolar difere da eletrônica e da iônica com relação ao movimento térmico das
partículas. As moléculas dipolares, que se encontram em movimento térmico caótico, se
orientam parcialmente pela ação do campo, o qual é a causa da polarização. A polarização
dipolar é possível se...
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