1r ciclo Permitividad del vacío /permitividad del aire

[CarlosPerez]

Buenas, en la constante $\epsilon_0$ de permitividad del vacío, ¿se considera al aire como vacío o sólo a lo que en sentido estricto es vacío, la ausencia de materia?

[Alriga]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Hola CarlosPerez, bienvenido a La web de Física, por favor como miembro reciente lee atentamente Consejos para conseguir ayuda de forma efectiva

La permitividad de un medio $\epsilon$ , se relaciona con la del vacío $\epsilon_0$ mediante la relación

$\epsilon=\epsilon_0 \ \epsilon_r$

En donde $\epsilon_r$ es la permitividad relativa del medio. Para el caso del medio=aire, el valor de $\epsilon_r$ es tan cercano a 1 que a todos los efectos se suele siempre considerar, (al menos a nivel académico) que la permitividad del aire es la misma que la del vacío, aunque en realidad para el aire:

$\epsilon_r=1,00058986 \pm 0,00000050$

Saludos.

[CarlosPerez]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Gracias Alriga por tu respuesta y perdona por la demora, no tengo Internet.
El que la permitividad relativa del aire con respecto al vacío se prácticamente 1 ¿quiere decir que su capacidad dieléctrica sea similar y que podamos usar el aire como aislante en un condensador al igual que el vacío?

[Alriga]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

... El que la permitividad relativa del aire con respecto al vacío se prácticamente 1 ¿quiere decir que su capacidad dieléctrica sea similar y que podamos usar el aire como dieléctrico en un condensador al igual que el vacío?

Efectivamente, para el mismo condensador, si mides su capacidad con dieléctrico=vacío y después su capacidad permitiendo que el aire penetre donde estaba el vacío, la diferencia en la capacidad será sólo del 0.06%

Saludos.

[carroza]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Gracias Alriga por tu respuesta y perdona por la demora, no tengo Internet.
El que la permitividad relativa del aire con respecto al vacío se prácticamente 1 ¿quiere decir que su capacidad dieléctrica sea similar y que podamos usar el aire como aislante en un condensador al igual que el vacío?

El aire es aislante sólo hasta cierto punto. De hecho, la existencia de rayos nos indica que el aire no es totalmente aislante. A partir de unos miles de voltios, un condensador en el que las placas estén separadas por aire, se comporta de manera totalmente diferente que si las placas están separadas por vacío: saltan chispas.

Un saludo

[Alriga]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

... El aire es aislante sólo hasta cierto punto. De hecho, la existencia de rayos nos indica que el aire no es totalmente aislante. A partir de unos miles de voltios, un condensador en el que las placas estén separadas por aire, se comporta de manera totalmente diferente que si las placas están separadas por vacío: saltan chispas ...

Sí, sí, precisamente para intentar evitar confusión entre aislante y dieléctrico yo había cambiado esa palabra en el “Escrito por CarlosPerez”

Todos los materiales inicialmente aislantes sometidos a un campo eléctrico lo suficientemente alto acaban conduciendo de forma destructiva, por eso en todos los condensadores además de su capacidad, el fabricante especifica siempre la tensión máxima de funcionamiento.

Al ir aumentando el valor del campo eléctrico, empiezan a producirse fenómenos de ionización que cambian las características del material. Para el aire, (depende de la presión, humedad, temperatura, …) la avalancha sucede para campos del orden de 3 kV/mm

Lo curioso es que según tengo entendido, incluso el vacío teórico absoluto también deja de ser aislante sometido a un campo muy, muy elevado, debido a un fenómeno cuántico: un campo eléctrico del orden de $10^{18}$ kV/mm tiene energía suficiente para crear pares electrón-positrón. A este valor del campo eléctrico se le llama Límite de Schwinger

Saludos.

[CarlosPerez]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Sí, sí, precisamente para intentar evitar confusión entre aislante y dieléctrico yo había cambiado esa palabra en el “Escrito por CarlosPerez”

¡¡Vaya!!, creía que dieléctrico y aislante eran sinónimos ¿cual es la diferencia?

[Alriga]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Aunque aislante y dieléctrico puedan tener significados equivalentes en muchos contextos, hay ocasiones en las que, al menos en el mundo profesional de la electrotecnia/electrónica, solo se suele usar una o la otra.

Por ejemplo, para el caso de un condensador, el material que se sitúa entre ambas armaduras para aumentar la capacidad que tendría el condensador si contuviese solo aire, se utiliza preferentemente dieléctrico y no aislante.

En cambio, para por ejemplo la pieza de porcelana o vidrio que separa un cable de alta tensión de la torre metálica que lo sujeta, se utiliza aislante y no dieléctrico. Para la cubierta de plástico o la capa de esmalte que envuelve el cobre de un cable, también se utiliza preferentemente aislante en vez de dieléctrico.

Saludos.

[skynet]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

¡¡Vaya!!, creía que dieléctrico y aislante eran sinónimos ¿cual es la diferencia?

los dielectricos son aislantes que cuando están bajo la accion de un campo electrico forman dipolos que se alinean con el campo

todos los dielectricos son aislantes, pero no todos los aislantes son dielectricos

[carroza]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

todos los dielectricos son aislantes

No necesariamente. El agua líquida es un dieléctrico, y no es un aislante. Tiene una conductividad apreciable, incluso en el caso de agua destilada. Al fin y al cabo, tiene iones h+ y OH-.

El agua potable, y más el agua salada, tienen conductividades altas, y mantienen una alta constante dieléctrica.

Yo me inclinaría a decir que la constante dieléctrica no tiene nada que ver con la conductividad, con lo que dieléctricos y aislantes no tienen nada que ver, aparte de que muchos materiales habituales sean, a la vez, dieléctricos y aislantes.

Saludos. Be water, my friend.

[Julián]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Por ejemplo, para el caso de un condensador, el material que se sitúa entre ambas armaduras para aumentar la capacidad que tendría el condensador si contuviese solo aire, se utiliza preferentemente dieléctrico y no aislante.

En cambio, para por ejemplo la pieza de porcelana o vidrio que separa un cable de alta tensión de la torre metálica que lo sujeta, se utiliza aislante y no dieléctrico. Para la cubierta de plástico o la capa de esmalte que envuelve el cobre de un cable, también se utiliza preferentemente aislante en vez de dieléctrico.

Estoy de acuerdo con lo que dice Alriga.

los dielectricos son aislantes que cuando están bajo la accion de un campo electrico forman dipolos que se alinean con el campo

todos los dielectricos son aislantes, pero no todos los aislantes son dielectricos

Todo material aislante forman dipolos ante la aplicación de un campo eléctrico. En todo caso si no fuera así la permitividad eléctrica sería la del vacio. A su vez, el vacio a un nivel de campo eléctrico forma pares electrón positron por lo que a grandes valores de E en el vacio se perdería la linealidad. Y para bajos niveles de campo eléctrico, el vacio, creo que forma pequeños pares electrón-positron sin entrar en el valor de riguides eléctrica por el cual el vacio pasa a ser conductor.

$\vec{D} = \vec{E} {\varepsilon}_{0} + \vec{P} = \vec{E} {\varepsilon}_{0} + X {\varepsilon}_{0} \vec{E}$

$\varepsilon = {\varepsilon}_{0} (1 - X)$

No necesariamente. El agua líquida es un dieléctrico, y no es un aislante. Tiene una conductividad apreciable, incluso en el caso de agua destilada. Al fin y al cabo, tiene iones h+ y OH-.

El agua potable, y más el agua salada, tienen conductividades altas, y mantienen una alta constante dieléctrica.

Yo me inclinaría a decir que la constante dieléctrica no tiene nada que ver con la conductividad, con lo que dieléctricos y aislantes no tienen nada que ver, aparte de que muchos materiales habituales sean, a la vez, dieléctricos y aislantes.

La permitividad compleja tiene en cuenta tanto la conductividad, la permitividad escalar y la frecuencia de los campos.
Recordando que la permitividad compleja es $-j \frac{\sigma}{\omega} + \varepsilon$

Para diferenciar buen dieléctrico, dieléctrico, conductor y mal conductor se considera el factor $\sigma / \omega \varepsilon$

Tal es así que se considera un buen dieléctrico si $\omega \varepsilon >> \sigma$ y un buen conductor si $\sigma >> \omega \varepsilon$. Luego tenemos los dieléctricos y los conductores diferenciandose de los buenos dieléctricos y los buenos conductores. No recuerdo bien pero se considera un buen dieléctrico si $\omega \varepsilon > 1000 \sigma$ y viceversa para buenos conductores. Por ejemplo la tierra húmeda es un buen conductor para frecuencias bajas pero mal conductor para frecuencias altas. Y eso se puede apreciar ya que es buen conductor para la señal de 50 o 60 Hz de la distribución de energías pero no para señales microondas 3G 4G GSM radio comercial, etc.

[carroza]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

Gracias, Julian. No era consciente de la relación de conductividad y permitividad eléctrica, en el sentido de que la primera se pudiera relacionar con la parte imaginaria de la segunda.

En https://en.wikipedia.org/wiki/Permit..._and_causality se explica esto con algo más de detalle.

Un saludo

[Alriga]

Re: Permitividad del vacío /permitividad del aire

... La permitividad compleja tiene en cuenta tanto la conductividad, la permitividad escalar y la frecuencia de los campos. Recordando que la permitividad compleja es

$-j \dfrac{\sigma}{\omega} + \varepsilon$

Para diferenciar buen dieléctrico, dieléctrico, conductor y mal conductor se considera el factor $\sigma / \omega \varepsilon$

Tal es así que se considera un buen dieléctrico si $\omega \varepsilon >> \sigma$ y un buen conductor si $\sigma >> \omega \varepsilon$. Luego tenemos los dieléctricos y los conductores diferenciandose de los buenos dieléctricos y los buenos conductores. No recuerdo bien pero se considera un buen dieléctrico si $\omega \varepsilon > 1000 \sigma$ y viceversa para buenos conductores. Por ejemplo la tierra húmeda es un buen conductor para frecuencias bajas pero mal conductor para frecuencias altas. Y eso se puede apreciar ya que es buen conductor para la señal de 50 o 60 Hz de la distribución de energías pero no para señales microondas 3G 4G GSM radio comercial, etc ...

Gracias Julián. Precisamente hace poco había posteado sobre este tema aquí: Permitividad compleja y no me acordaba.

Saludos.