Polarizazio elektriko

Molekula-mota ezberdinak, Karga elektrikoaren distribuzioaren arabera, bi multzo nagusitan sailkatzen dira: molekula polarrak eta molekula ez-polarrak. Molekula polarretan, karga positiboen zentroa eta karga negatiboena ez daude zehazki toki berean; adibide adierazgarrienetako bat H₂O molekula da.

Molekula ez-polarretan ordea, karga positiboen distribuzioaren zentroa eta karga negatiboena zehazki toki berean daude: oxigeno-molekula, nitrogenoa, eta atomo berdin biren artean osatutako guztiak honelakoak dira.

Eremu elektriko bat aplikatzen denean, molekula polarrek tortsio-momentua jasaten dute, eta eremuaren norabidean lerrokatzen dira. Molekula ez-polarrak ordea, eremu elektriko baten eraginpean polar bilakatzen dira, karga-mota bakoitzak indarra jasaten duelako kontrako noranzkoan.

Polarizazio elektrikoa material dielektrikoren momentu dipolar induzitu zein iraunkorren dentsitatea azaltzen duen eremu bektoriala da. Polarizazioa momentu dipolar atomiko edo molekular iraunkor edo induzituak kanpotik aplikaturiko eremu elektriko baten bitartez lerrokatzea da.

Polarizazio bektorea (P) momentu dipolarra bolumen unitateko bezala definitzen da. Unitatea Sistema Internazionalean coulomb/m² bezala. Polarizazio elektrikoa materialen portaera deskribatzen duen eremu elektriko makroskopikoetako bat da, beste biak eremu elektrikoa (E) eta desplazamendu elektrikoa (D) izanik.

Materialek karga elektrikoa mantentzeko gaitasunari kapazitantzia deritzo. Energia biltegiratzen duen gorputz ezagunena kondentsadorea da.

Potentzial diferentzia, kondentsadorearen plaka eta hauetan biltegiratutako energia hurrengo formularekin azal daiteke:

$C=Q/V$

non C kapazitantzia den, Q kondentsadore plaketan biltegiratzen den karga kantitatea eta V kondentsadorean zehar aplikatutako karga. Unitateak Coulomb/Volt dira, hots, Faradioa (F).

Esan beharra dago kapazitantzia beti positiboa dela eta kondentsadorearen faktore geometrikoen menpe dagoela. Beraz, erabiliko den ekuazioa hurrengoa izango da:

$C=e\cdot A/l$

non C kapazitantzia den, e ingurune dielektrikoaren permitibitatea, A plaken azalera eta l plaken arteko distantzia diren.

Konstante dielektrikoak edo Permitibitate erlatiboak materialaren gaitasuna karga elektrikoa metatzeko adierazten du.

$\kappa =\varepsilon /\varepsilon _{0}$

Lau dira kanpo eremu baten aurrean polarizazio dielektrikoa burutzeko mekanismoak, materialen arabera eta kanpoko eremua aplikatzeko moduaren arabera.

Polarizazio elektronikoa

Atomo guztietan induzi daiteke hein batean edo bestean. Karga negatiboko elektroi-hodeiaren erdigunea eremu elektrikoaren ondorioz atomoaren nukleo positibotik desplazatzen denean gertatzen da. Polarizazio mota hori material dielektriko guztietan aurkitzen da, eta, jakina, eremu elektriko bat dagoenean baino ez da gertatzen.

Polarizazio ionikoa

Ionikoak diren materialetan gertatzen da soilik. Aplikatutako eremu batek katioiak noranzko batetan desplazatzen ditu, eta anioiak kontrako noranzkoan; desplazamendu horiek direla medio, momentu dipolar garbi bat sortzen da.

Orientazio polarizazioa

Momentu dipolar iraunkorrak dituzten substantzietan aurkitzen da soilik. Polarizazioa gertatzen da momentu iraunkorrak aplikatutako eremuaren noranzkoan biratzen direnean. Atomoaren bibrazio termikoek aurka egiten diote lerrokadura-joera horri, eta, hala, polarizazioa murriztu egiten da tenperaturak gora egiten duen heinean.

Karga banaketaren bidezko polarizazioa

Karga espazialen bidezko polarizazioa, akatsen ondoriozko karga desplazamendu makroskopiko eta gainazalekoa, akats estrukturalak, ioiak edota tamaina txikiko ezpurutasunak izanik.

Zurruntasun dielektrikoa

Zurruntasun dielektrikoa edo zurruntasun elektrostatikoa eremu elektriko baten intentsitatearen muga balioaz ezagutzen da, non materialak isolatzaile propietatea galtzen duen eroalea izatera pasatuz. Behar den eremu elektrikoaren magnitudeari haustura dielektrikoa sortzeko zurruntasun dielektriko deritzogu.

$E_{max}=(V/d)_{max}$

Galera dielektrikoa

Material dielektriko perfektu baten, korronte alterno bat aplikatzen denean, korronteak tentsioa 90º-tan aurreratuko du. Hala ere, galerengatik, korronteak tentsioa 90°-δ soilik aurreratuko du, δ galera dielektrikoaren angelua izanik. Tentsioa eta korrontea galera dielektrikoaren angeluaren fasearen kanpoan daudenean, energia edo potentzia elektrikoa galdu egiten da orokorrean bero moduan.

Disipazio faktorea

$FD=tan\delta$

Galera dielektrikoaren faktorea

$FD=Ktan\delta$

Galera dielektrikoak minimoak izateko material dielektrikoa eta frekuentzia ondo aukeratu behar dira.

S. Trolier-McKinstry (2008). “ Crystal Chemistry of Piezoelectric Materials”. In A. Safari, E.K. Akdogan. Piezoelectric and Acoustic Materials for Transducer Applications. New York: Springer.
W. Tomasi (2003).“Sistemas de comunicaciones electrónicas” PEARSON EDUCACIÓN. Mexico: Naucalpan de Juárez.
W.D. Callister, D.G. Rethwisch,“Materials Science and Engineering: An Introduction”, 9thed; John Wiley & Sons, E.E.U.U. (2013)
B. Jimenez, “Materiales piezoeléctricos: formas de presentación, ventajas y desventajas en las aplicaciones”, Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, Vol. 34, Núm 5-6 (1995)

Datuak: Q1050425
Multimedia: Electric polarization / Q1050425