Materiais isolantes e suas propriedades

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Unidade 4 - Materiais Isolantes e suas Propriedades
Os isolantes, também conhecidos como dielétricos , são materiais utilizados no confinamento da energia elétrica, seja para fins de segurança (isolação) como no armazenamento de energia. Ao contrário dos materiais condutores e semicondutores, nos materiais isolantes a presença de campo elétrico (aplicação de tensão), provoca o deslocamento dascargas sem liberá-las dos átomos ou moléculas.

A conseqüência é a formação de dipolos elétricos. Portanto, quando um isolante é submetido a um campo elétrico ele sofre polarização.

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Polarização de dielétricos
O comportamento de um material isolante quanto à polarização tem uma lógica bastantesemelhante à utilizada na compreensão do magnetismo. Seja um capacitor de placas paralelas submetido a uma tensão V: • Quando as placas forem separadas por vácuo , a capacitância é dada por:

Q = C.V

(Coulombs)

Onde C- representa a capacidade do dispositivo em adquirir carga para 1V de tensão aplicada, e pode ser calculada por:

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Polarização de dielétricos
A capacitância está relacionada às características geométricas do capacitor:

C = εo.

A , l m é conhecida como permissividade do vácuo

onde : ε o = 8,85 x10 −12 F

l é a distância entre as placas, e A é a área das placas.
Se o espaço entre as placas for preenchido com um material isolante, o fenômeno da polarização vaiinfluenciar na capacitância, aumentando-a. A criação de dipolos no isolante absorve energia dos terminais do capacitor, devolvendo-a quando este é descarregado.

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Polarização de dielétricos
A capacitância é aumentada por um fator k (εr) conhecida como constante dielétrica relativa do material. O aumento dacapacitância tem origem na formação de dipolos (polarização) no dielétrico. Com a formação de dipolos, uma campo elétrico contrário ao campo resultante entre as placas é formado. Como a distância d não é modificada, para a mesma carga nas placas, um capacitor com dielétrico possui uma tensão menor:

V = E '.d
Onde E’ = E – Ep , sendo Ep o campo provocado pelos dipolos do dielétrico.Materiais Elétricos e Eletrônicos - Prof. Cesar R. Rodrigues

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Polarização de dielétricos
Portanto, como:

O aumento da capacitância tem origem na formação de dipolos (polarização) no dielétrico.

Q C= V
E para a mesma carga, temos uma tensão menor com o dielétrico entre as placas, podemos concluir que a capacitância aumenta.

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Um dipolo nada mais é do que duas cargas opostas (q+ e q-) separadas por uma distância d. Quantitativamente, o dipolo é representado por um MOMENTO DE DIPOLO.

p = q.d
Graficamente, o dipolo é representado por um vetor direcionado da carga negativa para a positiva.

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A polarização elétrica pode ser interpretada da seguinte forma: A aplicação de tensão provoca o surgimento de um campo elétrico E no vácuo e a polarização P em um dielétrico. A soma destes dois efeitos é chamada de deslocamento dielétrico.

D = εoE + P
Como a polarização também está relacionada à intensidade do campo E,

P = ε oε r .E − ε o E = ε o (ε r − 1) EPodemos condensar ambos efeitos em uma única constante de proporcionalidade:

D = ε .E = ε o .ε r .E
Ou ainda, a relação entre a polarização e o campo pode ser expressa em termos de susceptibilidade elétrica:

P = ε o .χ .E ,

onde : χ = ε r − 1
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A polarização elétrica dos materiais não tem...
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