Investigación. Permitividad & Permeabilidad.

Estos han sido dos conceptos que han sido de vital importancia en la realización de distintos proyectos de ingeniería eléctricos y unas constantes considerables para la resolución de distintas problemáticas en el basto mundo de los materiales. Definiremos el concepto de cada uno para saber cuales son las diferencias entre estos términos.

PERMITIVIDAD

Comencemos sin mas con la permitividad eléctrica o constante de permitividad, que es como mas es conocida. Está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacitancia del mismo. Es una magnitud física de carácter escalar . Su unidad en el Sistema Internacional es el F/m.

se ha llegado a cuantificarla representándola con εr (permitividad relativa, es decir, la referida a cada material; en el caso de la mica es algo más de 5, del agua 80, etc.) tomando como base la del aire que equivale a 

La permitividad, tomada en función de la frecuencia, puede tomar valores reales o complejos. Generalmente no es una constante ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros. En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico. La unidad de medida en el Sistema Internacional es el faradio por metro (F/m). El campo de desplazamiento D se mide en culombios por metro cuadrado , mientras que el campo eléctrico E se mide en voltios por metro (V/m).

La permitividad del vacío ε0 es el cociente de los campos D / E en ese medio. También aparece en la ley de Coulomb como parte de la constante de fuerza de Coulomb,, que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío.  

donde c es la velocidad de la luz y µ0 es la permeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI.

La permitividad de un material se da normalmente en relación a la del vacío, denominándose permitividad relativa,(también llamada constante dieléctrica en algunos casos). La permitividad absoluta se calcula multiplicando la permitividad relativa por la del vacío:

donde Xc es la susceptibilidad eléctrica del material.

En el caso común de un medio isótropo, D y E son vectores paralelos y ε es un escalar, pero en medios anisótropos, este no es el caso y ε es un tensor de rango 2 (lo que causa birrefringencia). La permitividad eléctrica ε y la permeabilidad magnética µ de un medio determinan la velocidad de fase v de radiación electromagnética dentro del mismo:

Cuando un campo eléctrico es aplicado a un medio, una corriente fluye. La corriente total que discurre por un material real está, en general, compuesta de dos partes: una corriente de conducción y una de desplazamiento. La corriente de desplazamiento puede pensarse como la respuesta elástica de un material al campo eléctrico aplicado. Al aumentar la magnitud del campo eléctrico, la corriente de desplazamiento es almacenada en el material, y cuando la intensidad del campo disminuye, el material libera la corriente. El desplazamiento eléctrico se puede separar entre una contribución del vacío y una del material:

PERMEABILIDAD

La permeabilidad o impermeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable.

La velocidad con la que el fluido atraviesa el material depende de tres factores básicos:

• la porosidad del material;
• la densidad del fluido considerado, afectada por su temperatura;
• la presión a que está sometido el fluido.

Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe contener espacios vacíos o poros que le permitan absorber fluido. A su vez, tales espacios deben estar interconectados para que el fluido disponga de caminos para pasar a través del material.

Una vez tomado esto en cuenta, enfocaremos este termino a nuestro blog, es decir, seguiremos ahora con la permeabilidad magnética.

La permeabilidad magnética nos indica con qué facilidad atraviesa el campo magnético la materia, o sea si esta es buena conductora o no del campo magnético.

La permeabilidad es una caracteristica magnética de la materia (por ejemplo del aire, cartón, aluminio, hierro). La pemeabilidad como se verá es baja en el vacío y es elevada en materiales como el hierro.

Permeabilidad magnética de un material = µ = Pr * µo

Donde:

Pr = permeabilidad relativa

µo = permeabilidad del vacío = 4 Pi * E-7 = 4 x 3.14 x 10-7 = 12.56 x 10-7 (T * m / A = Wb / A * m = H / m) .

UNIDADES

m = metro

A = amperio

T = tesla

Wb = weber

H = Henrio

La permeabilidad magnética del AIRE y del VACÍO es aproximadamente igual

Materiales Diamagnéticos 

Son aquellos que tienen valores para "Pr" ligeramente menores que la unidad (por ejemplo, 0.999 984 para el plomo sólido). Estos hacen disminuir ligeramente el valor de B en el solenoide o toroide.

Materiales Paramagnéticos 

Son los que tienen valores para "Pr" ligeramente mayores que la unidad (por ejemplo, 1.000 021 para el aluminio sólido). Estos materiales incrementan ligeramente el valor de "B" en el solenoide o toroide.

Materiales Ferromagnéticos

Como el hierro y sus aleaciones, cuentan con valores para "Pr", de alrededor de 5000 o mayores y, por lo tanto, aumentan dramáticamente el valor del campo B en un solenoide o toroide.