Diferencias entre el Comportamiento Aislante y Dieléctrico
En los aislantes, al aumentar la temperatura, aumenta su resistividad y disminuye la conductividad. En los dieléctricos, disminuye su rigidez. En el comportamiento aislante, importa la influencia del material, en el dieléctrico no. Lo que caracteriza al dieléctrico es una distribución bipolar de cargas separadas una distancia o dipolo. En el comportamiento dieléctrico importa la frecuencia, en el aislante no.
Máximos Relativos en Gráficas de Factor de Disipación vs. Frecuencia
En las gráficas de factor de disipación vs. frecuencia de materiales dieléctricos, se observan cuatro máximos relativos. Estos son debidos a los mecanismos de polarización que son: electrónico, iónico, molecular y de carga espacial, que se originan a distintas frecuencias.
Relación entre Factor de Calidad y Factor de Disipación
Son inversamente proporcionales: Q = 1/D
Factores de Calidad de un Material Dieléctrico
Frecuencia: Un aumento de la frecuencia produce una disminución de la constante dieléctrica, desaparecen las contribuciones a la polarización con lo que cambia el campo eléctrico.
Temperatura: Con un aumento de la temperatura se favorece la creación de dipolos, lo que hace que la constante dieléctrica aumente. También se produce un aumento del factor de disipación provocado por la agitación térmica.
Influencia de la Frecuencia en la Constante Dieléctrica
El comportamiento dieléctrico de los materiales depende de la frecuencia, siendo la tendencia a disminuir la constante dieléctrica conforme aumenta la frecuencia, dándose con mayor o menor grado por diferencias de constitución química.
Estabilidad en Servicio de un Aislante (Mecanismo de Perforación Térmico)
El modelo de Whitehead, que estudia la ruptura eléctrica en condiciones de equilibrio estacionario, teniendo en cuenta el efecto Joule, propone que la condición de ruptura depende del balance energético entre el interior y el exterior del material.
Comportamiento de la Constante Dieléctrica con la Frecuencia
La constante dieléctrica, y por tanto la polarización del material aislante, disminuye con la frecuencia. Esas disminuciones a frecuencias determinadas están ligadas con la existencia de diferentes mecanismos de polarización que tienen su origen en la estructura electrónica y molecular de la materia.
Máximo de Pérdidas a Determinada Frecuencia
El comportamiento dieléctrico de los materiales depende de la frecuencia, siendo la tendencia a disminuir la constante dieléctrica conforme aumenta la frecuencia, dándose con mayor o menor grado por diferencias de constitución química.
Influencia de la Resistividad Eléctrica en la Calidad de un Material Aislante
El efecto térmico en la resistividad de los aislantes inorgánicos es función decreciente con la temperatura. Estos aislantes poseen en general una resistividad menor que los polímeros. La razón es atribuible a la constitución estructural. Mientras los átomos de los polímeros están fuertemente unidos por enlaces covalentes…
Factor de Calidad Q
Expresa la cualificación técnica del dieléctrico, estando este relacionado con el ángulo de potencia (q). Nos indica cuánto de esos 90 grados de desfase entre I y V es aprovechable como potencia activa. A mayor ángulo, mayores pérdidas, potencia activa y menor calidad.
Parámetros que Definen el Comportamiento del Material Aislamiento Eléctrico
Para aislante:
- La resistividad eléctrica (δ)
- La rigidez dieléctrica (E)
Para dieléctrico:
- Constante dieléctrica (ε)
- Factor de disipación y calidad (D)
Mecanismos que Operan en la Perforación de un Aislante
Mecanismo de ruptura térmico: El modelo de Whitehead, que estudia la ruptura eléctrica en condiciones de equilibrio estacionario…
Criterios para Definir un Material como Aislante o Dieléctrico
Aislante:
- Si posee resistividad y rigidez dieléctrica.
- Tensión Vc y temperatura Tc críticas que nos indiquen las condiciones límite de operación sin peligro de perforación.
- Mecanismos de ruptura térmica, electrónica e iónica para la justificación de perforación de un aislante por una corriente eléctrica.
Dieléctrico:
- Si posee constante dieléctrica y factor de disipación y de calidad.
- Que un campo eléctrico externo influya sobre los dipolos del material dieléctrico, provocando así la polarización del material.
- Que dicho campo eléctrico sea de frecuencia variable para que dicha polarización se pueda efectuar por diversos mecanismos.
Influencia de la Frecuencia en la Constante Dieléctrica
El comportamiento dieléctrico de los materiales depende de la frecuencia, siendo la tendencia a disminuir la constante dieléctrica conforme aumenta la frecuencia, dándose con mayor o menor grado por diferencias de constitución química.
Existencia del Máximo de Pérdidas
Las pérdidas de energía registran un máximo en el entorno de frecuencias a las que el correspondiente mecanismo de polarización se extingue y no puede contribuir al comportamiento dieléctrico del material. Dichas pérdidas energéticas ocurren a frecuencias en las que los dipolos vibran según unos modos característicos, por lo que la energía del campo se pierde al potenciar los modos vibracionales del dipolo.
Calidad del Ferroeléctrico
Viene determinada por la constante dieléctrica, el factor de calidad, las polarizaciones de saturación y remanente, el campo eléctrico coercitivo y el área encerrada (ciclo de histéresis).