Dielétrico

Dielétricos são os materiais que têm uma ampla gama de aplicações na fabricação de componentes microeletrônicos, como capacitores de derivação para dispositivos de armazenamento de energia em larga escala.

O dielétrico é um material com baixa condutividade elétrica e, portanto, pode ser considerado um isolante.

Esses materiais são usados para impedir o fluxo de eletricidade através deles, para que possam atuar como isoladores, esses materiais também podem ser usados para armazenar carga elétrica ou aumentar a capacitância e são denominados dielétricos.

Nos dielétricos, os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo, para que não haja elétrons livres para condução.

Os dielétricos têm poucos elétrons para condutividade elétrica e, portanto, possuem um dipolo.

Os dielétricos são usados para duas finalidades principais em equipamentos elétricos: isolamento e armazenamento de energia elétrica.

O dielétrico será polarizado pela aplicação de um campo elétrico e os materiais dielétricos armazenam a carga pela polarização das moléculas.

O que é dielétrico?

O campo dielétrico é um ramo da física que cobre como os materiais isolantes separam diferentes cargas elétricas em um capacitor. Um capacitor é um dispositivo com duas placas de metal de cargas opostas, com um material isolante dielétrico entre os mantém as cargas separadas.

As propriedades que afetam os dielétricos podem incluir expansão térmica, condutividade térmica e calor específico.

A força das cargas de interação em um determinado material é definida pela constante dielétrica.

Todos os materiais, incluindo ar, água, vidro e diferentes partes do corpo humano, têm uma constante dielétrica específica, e os dielétricos foram usados para desenvolver supercondutores, sistemas de telecomunicações ópticos e dispositivos microeletrônicos.

Os sólidos não metálicos atuam como isoladores porque não conduzem cargas adequadamente, portanto, cargas positivas e negativas permanecem em lados opostos.

As placas de um capacitor podem ser espaçadas por margens muito pequenas, com um material dielétrico intermediário, diminuindo a força de um campo elétrico e impedindo o curto-circuito de um dispositivo.

A capacitância surge de uma razão entre a carga e a tensão e é medida proporcionalmente à constante dielétrica do material isolante. Se a carga e a voltagem forem muito altas, o material dielétrico falhar, as cargas não poderão mais ser separadas e poderá haver calor suficiente para danificar o capacitor e os componentes eletrônicos associados.

A ciência dos dielétricos tem sido utilizada na fabricação de placas de circuito e nos pequenos componentes que são montados nelas.

Também é possível fabricar peças microscópicas em alta velocidade usando fontes de luz como luz visível, luz ultravioleta e raios-x.

Filmes isolantes feitos de polímeros complexos também atuam como dielétricos para circuitos integrados muito pequenos e suas partes. As dimensões menores do circuito significam que as correntes têm mais chances de vazar, e um aumento no calor pode danificar significativamente um componente do circuito que mal pode ser visto a olho nu.

Os capacitores de armazenamento e a memória não volátil usam materiais com uma constante dielétrica alta para resistir aos efeitos de cargas fortes.

Qualquer coisa, de um pedaço de metal ao ar e a ossos humanos, é dielétrica e pode armazenar uma carga elétrica.

Os cientistas que estudam materiais em nanoescala têm consciência dos dielétricos para ajudar a entender como a energia é armazenada em vários materiais nanocompósitos. Ao fabricar estruturas em nanoescala, os pesquisadores podem controlar quantas bolhas de ar estão dentro para ajustar a constante dielétrica.

A importância de fabricar materiais sem defeitos é abordada usando microscópios especiais que podem medir propriedades dielétricas de materiais isolantes.

Materiais dielétricos microscopicamente finos são constantemente fabricados com propriedades que se adequam a aplicações específicas.

Material dielétrico

Material dielétrico, isolante ou um condutor muito ruim de corrente elétrica.

Quando os dielétricos são colocados em um campo elétrico, praticamente nenhuma corrente flui neles, porque, diferentemente dos metais, eles não têm elétrons fracamente ligados ou livres que podem flutuar pelo material.

Em vez disso, ocorre polarização elétrica. As cargas positivas dentro do dielétrico são deslocadas minuciosamente na direção do campo elétrico, e as cargas negativas são deslocadas minuciosamente na direção oposta ao campo elétrico. Essa ligeira separação de carga, ou polarização, reduz o campo elétrico dentro do dielétrico.

A presença de material dielétrico afeta outros fenômenos elétricos.

A força entre duas cargas elétricas em um meio dielétrico é menor do que seria no vácuo, enquanto a quantidade de energia armazenada em um campo elétrico por unidade de volume de um meio dielétrico é maior.

A capacitância de um capacitor preenchido com um dielétrico é maior do que seria no vácuo.

Os efeitos do dielétrico nos fenômenos elétricos são descritos em uma escala grande ou macroscópica, empregando conceitos como constante dielétrica, permissividade (qq.v.) e polarização (consulte polarização elétrica).

O que é permissividade?

Permissividade é uma propriedade exibida por uma substância em que possui uma capacidade inata de resistir a uma carga elétrica induzida dentro de sua estrutura.

Esse campo elétrico externo é geralmente chamado de densidade do fluxo elétrico, e os materiais que resistem à formação do campo são conhecidos como dielétricos ou, mais comumente, isoladores.

A medição dessa propriedade é feita em unidades do farad (unidade de capacitância do Sistema Internacional de Unidades) por metro, como uma medida da capacitância elétrica, e a densidade do fluxo elétrico é medida em coulombs por metro quadrado, com um coulomb sendo definido como um valor da carga elétrica que pode ser transferida em um segundo, onde existe uma corrente constante de um ampere.

Os valores de permissividade elétrica são, portanto, expressos como uma razão da densidade do fluxo elétrico imposta versus a força real do campo elétrico que é gerado no material.

As medidas dessa propriedade também variam dependendo do meio e são frequentemente expressas como vácuo ou permissividade relativa.

A permissividade a vácuo é uma medida pura do valor em espaço livre ou vazio, e é frequentemente referida como constante elétrica, ou permissividade absoluta ou constante, e possui um valor estabelecido de 8.854187 x 10^-12 farads por metro. Permissividade relativa, por outro lado, é a representação da densidade do fluxo elétrico em um meio, uma vez que ela se compara diretamente com o que esse valor seria no vácuo, onde a permissividade absoluta é irrestrita.

Embora os valores de permissividade possam ser razoavelmente fáceis de calcular, há outros fatores na natureza que também os influenciam e podem resultar em permissividade complexa.

A geração dessa propriedade ocorre apenas quando um campo elétrico é aplicado; portanto, o resultado pode ter diferenças de fase variadas em um meio com base no próprio material e na frequência angular do campo elétrico.

Outros fatores como a temperatura também podem afetar os resultados, e a permissividade complexa da água é um exemplo em que a temperatura e os solutos dissolvidos, como sal e outros minerais na água do mar versus água doce, podem ter um impacto significativo nos valores de permissividade.

Mudanças na permissividade da água do mar são importantes para a compreensão dos efeitos que o meio exerce sobre a radiação de microondas nas comunicações globais e para a pesquisa em ciências atmosféricas.

Na eletrônica moderna, os fatores de permissividade são importantes na criação de materiais isolantes. Isso se torna cada vez mais importante à medida que os componentes do circuito integrado se tornam cada vez menores, em uma escala molecular atômica. O vazamento de corrente entre transistores e outros componentes em projetos de circuitos multicamadas pode degradar o circuito ou impedir que ele funcione completamente.

Em contraste com essa necessidade de dielétricos eficazes, materiais com fortes valores de permissividade são úteis em capacitores, memória de computador e outras aplicações em que a energia elétrica deve ser transferida e armazenada com eficiência.

Fonte: physics.info/www.khanacademy.org/www.wisegeek.org/www.sciencedirect.com/automationforum.co/courses.lumenlearning.com/www.ncbi.nlm.nih.gov/eng.libretexts.org/farside.ph.utexas.edu