Tudo Sobre Materiais Dielétricos
Condutores x Isolantes:
Dentre as inúmeras propriedades de um material, ao comentar sobre eletricidade, observa-se uma divisão bem definida entre os materiais que conduzem e os que isolam a energia elétrica. A condutividade elétrica se dá pela presença de elétrons livres nos materiais que, quando se aplicada uma diferença de potencial, exercem a função de condutores. A classe dos metais é que detêm maior quantidade de materiais denominados bons condutores. Materiais conhecidos como isolantes tem como característica principal alta resistência a passagem de correntes elétricas, o que lhes conferem este nome. Materiais cerâmicos e poliméricos, em sua maioria, são bons isolantes elétricos. Alguns isolantes possuem a capacidade de barrar ainda mais a passagem de corrente elétrica, pois, quando polarizados eles formam um campo elétrico contrário ao que está sendo exposto. Este subgrupo dos isolantes são os materiais dielétricos, que é o tema deste texto.
O que são os materiais dielétricos?
Os materiais dielétricos, ou isolantes, possuem valores de condutividade elétrica de cerca de 10-15S/m. Propriedade essa que é definida pela oposição à passagem da energia elétrica. No entanto, é possível realizarmos a polarização destes materiais, fazendo com que a passagem de corrente elétrica seja dificultada e só ocorra ao ser exposto a um grande campo elétrico externo. É esta característica que possibilita a variedade de aplicações para os materiais em questão. Normalmente, nesta classe, temos materiais como polímeros, vidros, cerâmicas. A forma de classificar os materiais dielétricos mais usual é através da temperatura suportada pelo material até que o mesmo perca sua eficiência.
A principal aplicação dos materiais dielétricos são os Capacitores ilustrados na figura abaixo. Estes são produtos compostos por duas placas metálicas, chamadas também de armaduras, que fazem o papel de condutor, intercaladas por um material dielétrico.
A organização dos capacitores fornece a função de acumular cargas e descarrega-las posteriormente, isto é, ao aplicarmos uma voltagem no polo positivo, os poucos elétrons presentes no material dielétrico se deslocam no sentido do campo e as negativas de forma oposta ocorrendo a Polarização. O método de calcularmos a eficiência dos capacitores é através de sua constante dielétrica, a qual é diretamente proporcional a capacidade de acúmulo de cargas, ou seja, quanto maior for a constante maior será o acúmulo.
O que afeta as propriedades dos materiais dielétricos?
O ponto chave para compreender este fator são as ligações dos materiais dielétricos, estas, são normalmente iônicas ou covalentes. A força destas ligações faz com que os materiais dependam de grande quantidade de energia para que os elétrons transitem ente os polos, tal transição, fornece ao material a capacidade de conduzir energia e como consequência do movimento dos elétrons, os materiais podem se fundir ou queimar inviabilizando sua utilização.
Para a utilização correta destes, deve se entender a capacidade térmica do material utilizado e a tensão a ser aplicada no sistema para que o mesmo não falhe.
Polarização:
Existem três tipos ou fontes de polarização e os materiais dielétricos apresentam pelo menos um dos tipos, dependendo do material utilizado e também da maneira de aplicação do campo externo. A polarização total dos materiais é feita através de uma soma simples, podendo ter ou não mais de uma.
São elas:
- Polarização Eletrônica:
A polarização eletrônica ocorre para todos os átomos, de forma induzida, em maior ou menor grau. Todos os dielétricos podem apresentar este tipo de polarização.
- Polarização Iônica:
A polarização iônica, diferente da eletrônica não se aplica a todos os dielétricos, se restringindo apenas aos iônicos. O campo aplicado neste modelo desloca os cátions para uma direção e os ânions para a direção oposta.
- Polarização de Orientação:
A polarização de orientação, ou orientacional, ocorre somente na presença de dipolos permanentes. Esta, ocorre de forma que a direção da polarização é a mesma que a do campo e é influenciada pela vibração dos átomos. Sendo assim, ao aumentar a temperatura, aumenta-se a vibração, diminuindo a temperatura.
Capacitores
Uma das aplicações mais comuns dos materiais dielétricos, os capacitores têm grandes aplicações nos sistemas elétricos atuais e atua como armazenador de energia. Eletrodomésticos como geladeiras, máquinas de lavar até circuitos eletrônicos mais tecnológicos. Estes componentes são largamente utilizados para reduzirem desgaste enquanto um equipamento eletrônico é ligado ou desligado, além de impedir cortes bruscos de energia que poderiam comprometer os circuitos eletrônicos.
A forma simples de calcular o quanto esse material consegue armazenar energia é pela sua capacitância que se dá pela razão entre a carga armazenada e a tensão aplicada. A capacitância pode ser alterada pelos fatores geométricos dos capacitores, como a distância entre as placas condutoras dos materiais ou também por sua permissividade dielétrica, que é definida a partir do material dielétrico utilizado. É valido pontuar que quanto maior a permissividade, maior será a carga armazenada.
Sendo assim, pode-se dizer que os materiais dielétricos são muito importantes para a segurança de circuitos elétricos e seus usuários, tendo também funções excepcionais no armazenamento da mesma.
Agora que você sabe tudo sobre materiais dielétricos, que tal saber um pouco mais sobre as propriedades elétricas dos materiais?
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