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Materiais Isolantes e Materiais Isolantes e suas Propriedades suas Propriedades

Ao contrário dos materiais condutores e semicondutores, nos materiais isolantes a presença de campo elétrico (aplicação de tensão), provoca o deslocamento das cargas sem liberá-las dos átomos ou moléculas.

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.

A conseqüência éa formação de dipolos elétricos.

Portanto, quando um isolante ésubmetido a um campo elétrico ele sofre polariza çã o.

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Polariza Polarizaçç ão de diel ão de dieléé tricos tricos

O comportamento de um material isolante quanto àpolarização tem uma lógica bastante semelhante àutilizada na compreensão do magnetismo.

Seja um capacitor de placas paralelas submetido a uma tensão V:

•Quando as placas forem separadas por vácuo , a capacitância édada por: VCQ .=

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

(Coulo mbs)

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A capacitância estárelacionada às características geométricas do capacitor:

Polariza Polarizaçç ão de diel ão de dieléé tricos tricos placasdasáreaaéAe placasasentredistânciaaé vácuododadeper missivico moconhecidaé m

F xonde o o

Se o espaço entre as placas for preenchido com um material isolante, o fenômeno da polarização vai influenciar na capacitância, aumentando-a.

A criação de dipolos no isolante absorve energia dos terminais do capacitor, devolvendo-a quando este édescarregado.

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A capacitância éaumentada por um fator k (εr ) conhecida como constante dielétrica relativa do material.

Polariza Polarizaçç ão de diel ão de dieléé tricos tricos

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

Com a formação de dipolos, uma campo elétrico contrário ao campo resultante entre as placas éformado.

Como a distância d não émodificada, para a mesma carga nas placas, um capacitor com dielétrico possui uma tensão menor:

Onde E’= E –E p, sendo Ep o campo provocado pelos dipolos do dielétrico.

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Portanto, como:

Polariza Polarizaçç ão de diel ão de dieléé tricos tricos

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

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 édo que duas cargas opostas (q+ e q-) separadas por uma distância d.

Quantitativamente, o dipolo érepresentado por um MOMENTO DE DIPOLO.

Graficamente, o dipolo érepresentado por um vetor direcionado da carga negativa para a positiva.

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A polarização elétrica pode ser interpretada da seguinte forma:

PED o += ε

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 échamada de deslocamento dielétrico.

Como a polarização também estárelacionada àintensidade do campo E,

Podemos condensar ambos efeitos em uma única constante de proporcionalidade:

εεε ==

EED ro

Ou ainda, a relação entre a polarização e o campo pode ser expressa em termos de susceptibilidade elétrica:

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A polarização elétrica dos materiais não tem origem em uma única fonte. A polarização total de um material seráa soma de todos os tipos presentes:

Polarização Eletrônica:associada ao deslocamento espacial da nuvem eletrônica em torno do núcleo.

+-

+ Campo aplicadop

Sem campo externo Polarização mais fraca e de reversão rápida.

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