Propiedades Dieléctricas de Materiales Aislantes (Fórmula y Constante)

Podemos comenzar con la descripción de los materiales dieléctricos. En realidad, no conducen electricidad. Son aislantes con una muy baja conductividad eléctrica. Por lo tanto, debemos conocer la diferencia entre el material dieléctrico y el material aislante. La diferencia es que los aislantes bloquean el flujo de corriente, pero los dieléctricos acumulan energía eléctrica. En los condensadores, actúan como aislantes eléctricos.

A continuación, podemos pasar al tema. Las propiedades dieléctricas del aislamiento incluyen el voltaje de ruptura o resistencia dieléctrica, parámetros dieléctricos como permitividad, conductividad, ángulo de pérdida y factor de potencia. Otras propiedades incluyen parámetros eléctricos, térmicos, mecánicos y químicos. Podemos discutir las propiedades principales en detalle a continuación.

Resistencia dieléctrica o voltaje de ruptura

El material dieléctrico tiene solo algunos electrones en condiciones normales de operación. Cuando la intensidad eléctrica se incrementa más allá de un valor particular, resulta en una ruptura. Es decir, las propiedades aislantes se dañan y finalmente se convierte en un conductor. La intensidad del campo eléctrico en el momento de la ruptura se llama voltaje de ruptura o resistencia dieléctrica. Puede expresarse en el estrés eléctrico mínimo que resultará en la ruptura del material bajo ciertas condiciones.

Puede reducirse por el envejecimiento, la alta temperatura y la humedad. Se da como
Resistencia dieléctrica o Voltaje de ruptura =
V→ Potencial de ruptura.
t→ Espesor del material dieléctrico.
Permitividad relativa
También se conoce como capacidad inductiva específica o constante dieléctrica. Esto nos proporciona información sobre la capacitancia del condensador cuando se utiliza el dieléctrico. Se denota como εr. La capacitancia del condensador está relacionada con la separación de las placas o, en otras palabras, el espesor de los dieléctricos, la sección transversal de las placas y el carácter del material dieléctrico utilizado. Un material dieléctrico con alta constante dieléctrica es preferible para el condensador.
Permeabilidad relativa o constante dieléctrica =

Podemos ver que si sustituimos el aire por cualquier medio dieléctrico, la capacitancia (condensador) se mejorará. La constante dieléctrica y la resistencia dieléctrica de algunos materiales dieléctricos se dan a continuación.

Tabla no.1

Factor de disipación, ángulo de pérdida y factor de potencia

Cuando se suministra corriente alterna a un material dieléctrico, no se produce consumo de potencia. Esto se logra perfectamente solo con vacío y gases purificados. Aquí, podemos ver que la corriente de carga adelantará la tensión aplicada por 90o, como se muestra en la figura 2A. Esto implica que no hay pérdida de potencia en los aislantes. Sin embargo, en la mayoría de los casos, hay una disipación de energía en los aislantes cuando se aplica corriente alterna. Esta pérdida se conoce como pérdida dieléctrica. En aislantes prácticos, la corriente de fuga nunca adelanta la tensión aplicada por 90o (figura 2B). El ángulo formado por la corriente de fuga es el ángulo de fase (φ). Siempre será menor que 90. También obtendremos el ángulo de pérdida (δ) de esto como 90- φ.

El circuito equivalente con capacitancia y resistencia en paralelo se representa a continuación.

De esto, obtendremos la pérdida de potencia dieléctrica como

X → Reactancia capacitiva (1/2πfC)
cosφ → sinδ
En la mayoría de los casos, δ es pequeño. Por lo tanto, podemos tomar sinδ = tanδ.

Por lo tanto, tanδ se conoce como factor de potencia de los dieléctricos.

La importancia del conocimiento de las propiedades de los materiales dieléctricos está en el diseño, fabricación, funcionamiento y reciclaje de los materiales dieléctricos (aislantes) y puede determinarse mediante cálculos y mediciones.

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