Cuando coloquemos dos cuerpos cargados eléctricamente cerca, experimentarán una fuerza entre ellos. Esta fuerza puede ser atractiva o repulsiva dependiendo de la naturaleza de la carga de los dos cuerpos. Dos cuerpos con carga similar se repelen entre sí y dos cuerpos con carga diferente se atraen entre sí. El valor de la fuerza que actúa sobre estos dos cuerpos cercanos puede ser formulado por Ley de Coulombes.
La fuerza que actúa entre los cuerpos cercanos cargados eléctricamente depende principalmente de tres factores.
- Carga de los cuerpos Q1 y Q2 que es el producto de las cargas de los cuerpos.
- Distancia entre el centro de las cargas, es decir, metros d. La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia d.
- El medio en el que se colocan los cuerpos.
El papel de permitividad viene en este tercer punto. Se encuentra que la fuerza que actúa entre los mismos cuerpos cargados cercanos separados por la misma distancia es diferente en diferentes medios. De la ecuación de Ley de Coulombesencontramos que la fuerza que actúa entre los cuerpos cercanos cargados eléctricamente es inversamente proporcional al términooεr. Este término se llama permitividad del medio. Aquí,o se conoce como el permitividad absoluta del vacío yr es el la permitividad relativa del medio en el que se colocan los cuerpos.
La permitividad relativa o constante dieléctrica
La permitividad relativa se define como la relación entre la permitividad real o absoluta de un medio y la permitividad absoluta del vacío. Si la permitividad de un medio es entonces
Esta proporción es de 1,0006 para el aire. Eso significa que la permitividad relativa del aire es de 1,0006.La fuerza electrostática que actúa entre los cuerpos cercanos cargados eléctricamente es inversamente proporcional a la permitividad del medio. Por lo tanto, la permitividad relativa de cualquier medio se define como la relación entre la fuerza que actúa entre los cuerpos cercanos cargados eléctricamente en el vacío y la fuerza que actúa entre los mismos cuerpos separados por la misma distancia en el medio.
Sabemos que intensidad del campo eléctrico en cualquier punto de un campo se define como,
A partir de esa relación, podemos establecer la expresión de densidad de flujo eléctrico (D) en ese punto como,
De la expresión de intensidad del campo eléctrico y densidad de flujo podemos escribir,
Está claro que la proporción de la densidad de flujo eléctrico a la intensidad del campo eléctrico en un punto del campo puede definirse como la permitividad del medio en ese punto.
Tomemos un condensador de placas paralelas con el área efectiva de la placa A y la distancia entre las placas es d y el dieléctrico entre las placas tiene permitividad . La carga acumulada en el condensador es Q debido a un voltaje aplicado a través de la condensador es V.
La intensidad del campo eléctrico es
La densidad de flujo es
La relación entre la densidad de flujo y la intensidad del campo eléctrico es
Aquí, en el expresión de la capacitanciase encuentra que la capacidad de un condensador es directamente proporcional a la permitividad eléctrica del medio dieléctrico entre las placas.
Una vez más, la expresión de la energía almacenada en el condensador es
De esa expresión, se puede concluir que la la energía almacenada en el condensador es directamente proporcional a la permitividad del medio entre las placas.
Así que capacitancia y el la energía almacenada en el condensador ambos son directamente proporcionales a la permitividad del medio dieléctrico.
Por lo tanto, la permitividad del medio utilizado para fabricar un condensador es un parámetro esencial que determina las dimensiones del condensador durante el diseño del mismo.
Permittividad absoluta
Definamos la permitividad absoluta. La permitividad absoluta o simplemente permitividad de un medio puede definirse como la propiedad del medio que determina cierta intensidad de campo eléctrico en un punto del campo crea cuánta densidad de flujo en ese punto. Lo mostraremos más adelante en este artículo. La permitividad absoluta de cualquier medio puede representarse por el producto de dos términos, uno es la permitividad absoluta del vacío y la permitividad relativa del medio. Esto es para simplificar los cálculos basados en la permitividad. La permitividad absoluta del vacío se toma como el valor base de la permitividad. La permitividad relativa de un medio es cuántas veces la permitividad del medio es mayor que la permitividad absoluta del vacío.
Unidad de permitividad
Unidad de permitividad absoluta
De la ecuación de la ley de Coulombs, podemos escribir la expresión de permitividad como,
A partir de la expresión de la permitividad, como se muestra arriba, podemos determinar la unidad de permitividad como
Otra unidad de permitividad absoluta
La relación entre la capacitancia y la permitividad del medio dieléctrico de un condensador puede expresarse como
De esta expresión, la unidad de permitividad viene como
Unidad de permitividad relativa
Como la permitividad relativa es la relación entre la permitividad absoluta de un medio y la permitividad absoluta del vacío, es una unidad menos de cantidad.
La permisividad del espacio libre
La permitividad del espacio libre también se llama permitividad del vacío. El valor de la permitividad del espacio libre es