Com base nas referências bibliográficas básicas da disciplina*, elabore um texto de aproximadamente uma página abordando o tema dielétricos. Seu texto deve conter:
A definição de constante dielétrica e de ruptura dielétrica;
A definição de constante dielétrica e de ruptura dielétrica;
Passo 1
O enunciado pede um texto informal, com cerca de uma página, sobre dielétricos. Precisamos apresentar a definição de constante dielétrica (ou permissividade relativa) e de ruptura dielétrica (ou campo de quebra). Para isso, vamos abordar brevemente o que são materiais dielétricos, como eles se comportam em presença de campo elétrico e por que suas propriedades são importantes em capacitores, isoladores e outros dispositivos.
Passo 2
Um dielétrico é um material isolante que, quando submetido a um campo elétrico, não permite corrente livre macroscópica, mas polariza-se internamente. Essa polarização reduz o campo elétrico resultante no interior do material. A constante dielétrica, também chamada de permissividade relativa e geralmente indicada por
, mede justamente a capacidade que o dielétrico tem de se polarizar em comparação com o vácuo. Em termos práticos, definimos
onde
é a permissividade absoluta do material e
é a permissividade do vácuo (aproximadamente
). Um valor de
indica que o material consegue reduzir o campo interno mais do que o vácuo, aumentando a capacitância de um capacitor que o utilize como dielétrico.
Passo 3
Apesar de serem isolantes, todos os dielétricos têm um limite de resistência elétrica quando o campo aplicado fica muito intenso. O fenômeno de ruptura dielétrica ocorre quando a energia fornecida pelo campo elétrico é alta o bastante para arrancar elétrons de seus átomos e gerar uma corrente súbita e descontrolada, criando um arco elétrico ou uma faísca através do material. Esse campo crítico chama-se campo de ruptura ou intensidade de ruptura dielétrica e costuma ser indicado por
. Seu valor varia muito conforme o material: por exemplo, o vidro pode suportar cerca de
, enquanto o ar a pressão ambiente rompe em torno de
.
Passo 4
Entender tanto
quanto
é crucial no projeto de equipamentos elétricos. Em capacitores, escolhe-se um dielétrico com alta
para maximizar a energia armazenada e, ao mesmo tempo, com
suficientemente grande para evitar falhas quando a tensão aplicada for alta. Já em isoladores de linhas de transmissão, a prioridade é um
elevado, garantindo que não ocorra descarga atmosférica ou arco elétrico mesmo em condições adversas. Assim, a combinação dessas propriedades define a aplicação mais adequada para cada material dielétrico.
Resposta
Um dielétrico é um material isolante que, ao ser submetido a um campo elétrico, não conduz corrente, mas polariza-se internamente, reduzindo o campo resultante. A constante dielétrica, ou permissividade relativa
, compara a capacidade de polarização do material com a do vácuo, segundo
sendo
a permissividade absoluta e
a do vácuo. Valores elevados de
são desejáveis em capacitores, pois aumentam a capacitância.
A ruptura dielétrica acontece quando o campo aplicado ultrapassa a resistência elétrica do isolante, arrancando elétrons dos átomos e formando faíscas ou arcos. O campo crítico de ruptura,
, varia de material para material (por exemplo, vidro:
; ar:
).
No projeto de capacitores, busca-se um dielétrico com alta
e elevado
para maximizar energia armazenada e evitar falhas. Em isoladores de alta tensão, prioriza-se um
alto para impedir descargas indesejadas. Dessa forma, conhecer bem essas propriedades permite escolher corretamente o material para cada aplicação elétrica.