Dielétricos e Polarização

Dielétricos polarizam-se num campo elétrico, produzindo cargas ligadas que reduzem o campo e aumentam a capacitância.

Definition

Um dielétrico é um isolante cujas cargas ligadas se deslocam ligeiramente num campo elétrico aplicado, produzindo uma polarização; as cargas ligadas resultantes e o campo de deslocamento, suscetibilidade e permissividade descrevem como o material modifica o campo dentro dele.

Scope

Este tópico abrange a polarização de materiais dielétricos, cargas superficiais e volumétricas ligadas, o campo de deslocamento elétrico, suscetibilidade e permissividade elétricas, a relação entre polarizabilidade microscópica e permissividade macroscópica, energia em dielétricos e condições de contorno em interfaces dielétricas. Inclui dielétricos lineares e aborda o comportamento ferroelétrico, enquanto os mecanismos detalhados de estado sólido pertencem à física da matéria condensada.

Core questions

• Como um dielétrico se polariza num campo?
• Como as cargas ligadas e o campo de deslocamento se relacionam com a polarização?
• O que liga a polarizabilidade microscópica à permissividade macroscópica?

Key concepts

• polarização
• carga ligada
• campo de deslocamento D
• suscetibilidade elétrica
• permissividade
• constante dielétrica
• polarizabilidade
• ferroeletricidade

Key theories

Polarização e cargas ligadas

Um campo aplicado induz dipolos alinhados cujo efeito líquido é equivalente a cargas superficiais e volumétricas ligadas; o campo de deslocamento é definido de modo que as suas fontes sejam apenas as cargas livres.

Relação de Clausius-Mossotti

A permissividade macroscópica está conectada à polarizabilidade microscópica e à densidade numérica de moléculas através da relação de Clausius-Mossotti, considerando o campo local que atua em cada molécula.

Clinical relevance

O comportamento dielétrico governa o projeto de capacitores e isoladores, materiais de alta permissividade em eletrónica, espectroscopia dielétrica de materiais e tecidos, e a resposta eletromagnética de membranas biológicas e macromoléculas.

History

Faraday introduziu o conceito de dielétrico e mediu como os materiais aumentam a capacitância na década de 1830. Mossotti e Clausius relacionaram a permissividade à polarizabilidade molecular em meados do século XIX, uma relação posteriormente fundamentada na teoria eletrónica de Lorentz.

Key figures

• Michael Faraday
• Ottaviano-Fabrizio Mossotti
• Rudolf Clausius

Seminal works

• landau1984
• griffiths2017

Frequently asked questions

O que é a constante dielétrica?

É a permissividade relativa, o fator pelo qual um material reduz o campo elétrico para uma dada carga livre em comparação com o vácuo, e equivalentemente o fator pelo qual aumenta a capacitância.

O que são cargas ligadas?

São as cargas efetivas que aparecem na superfície e no interior de um dielétrico polarizado devido ao alinhamento de dipolos microscópicos; elas não são livres para se moverem através do material.