Quais são as Propriedades Dielétricas dos Materiais Isolantes?

Quais são as Propriedades Dielétricas dos Materiais Isolantes?

Definição de Dielétrico

Um dielétrico é definido como um material que não conduz eletricidade, mas pode armazenar energia elétrica, melhorando a funcionalidade de dispositivos como capacitores.

Tensão de Ruptura

O material dielétrico possui apenas alguns elétrons em condições normais de operação. Quando a força elétrica é aumentada além de um determinado valor, resulta em ruptura. Isso significa que as propriedades isolantes são danificadas e, finalmente, tornam-se condutoras. A força do campo elétrico no momento da ruptura é chamada de tensão de ruptura ou resistência dielétrica. Pode ser expressa na tensão mínima que resultará na ruptura do material sob certas condições.

Pode ser reduzida pelo envelhecimento, alta temperatura e umidade. É dada por:

Resistência dielétrica ou Tensão de ruptura 

V → Potencial de ruptura.

t → Espessura do material dielétrico.

Permissividade Relativa

Também conhecida como capacidade indutiva específica ou constante dielétrica. Isso nos fornece informações sobre a capacitância do capacitor quando o dielétrico é usado. É denotada como εr. A capacitância do capacitor está relacionada com a separação das placas, ou podemos dizer a espessura dos dielétricos, a área seccional transversal das placas e a natureza do material dielétrico usado. Um material dielétrico com alta constante dielétrica é favorável para o capacitor.

Permeabilidade relativa ou constante dielétrica = 

Podemos ver que, se substituirmos o ar por qualquer meio dielétrico, a capacitância (capacitor) será melhorada.A constante dielétrica e a resistência dielétrica de alguns materiais dielétricos são fornecidas abaixo.

Fator de Dissipação, Ângulo de Perda e Fator de Potência

Quando um material dielétrico recebe uma alimentação AC, não ocorre utilização de potência. Isso é perfeitamente alcançado apenas pelo vácuo e gases purificados. Aqui, podemos ver que a corrente de carga antecipará a tensão aplicada em 90o, conforme mostrado na figura 2A. Isso implica que não há perda de potência nos isolantes. No entanto, na maioria dos casos, há uma dissipação de energia nos isolantes quando a corrente alternada é aplicada. Essa perda é conhecida como perda dielétrica. Em isolantes práticos, a corrente de fuga nunca antecipará a tensão aplicada em 90o (figura 2B). O ângulo formado pela corrente de fuga é o ângulo de fase (φ). Ele sempre será menor que 90. Também obteremos o ângulo de perda (δ) a partir disso, como 90- φ.

O circuito equivalente é mostrado abaixo com capacitância e resistor arranjados em paralelo.

A partir disso, obteremos a perda de potência dielétrica como

X → Reatância capacitiva (1/2πfC)

cosφ → sinδ

Na maioria dos casos, δ é pequeno. Então, podemos considerar sinδ = tanδ.

Portanto, tanδ é conhecido como fator de potência dos dielétricos.

Compreender as propriedades dos materiais dielétricos é crucial para o projeto, fabricação, operação e reciclagem desses isolantes, com avaliações geralmente feitas através de cálculos e medições.