25.11: Constantes de Susceptibilidade, Permissividade e Dielétrica

Quando colocado em um campo elétrico externo, um material dielétrico fica polarizado. A densidade de carga no material dielétrico é dada pela soma das densidades de carga ligada e livre, enquanto a densidade de carga total também pode ser escrita em termos do campo elétrico total. A densidade de carga ligada pode ser medida em termos de polarização, o que leva à relação entre o deslocamento elétrico e a polarização.

Para os dielétricos lineares, a polarização é proporcional ao campo elétrico. Isso introduz uma nova constante de proporcionalidade chamada suscetibilidade elétrica, que é uma quantidade adimensional. A suscetibilidade elétrica é a tendência de qualquer material de se polarizar, tendo um valor igual a zero para o espaço livre.

Essas expressões podem ser resolvidas para fornecer a segunda constante de proporcionalidade, ou a permissividade do material.

A relação entre a permissividade do material e a permeabilidade do espaço livre fornece a terceira constante de proporcionalidade, chamada de permissividade relativa ou constante dielétrica.

Esta é a mesma constante de proporcionalidade que fornece a relação entre a capacitância de um capacitor com e sem um meio dielétrico. O valor da constante dielétrica para o espaço livre é 1. A presença de um meio dielétrico em um capacitor sempre aumenta o armazenamento de energia, aumentando assim a capacitância. Portanto, a constante dielétrica para qualquer meio é sempre maior que 1.

Em um dielétrico polarizado, a densidade de carga total é a soma das densidades de carga ligada e livre. Recordar a expressão para densidade de carga ligada e reescrever a densidade de carga total em termos do campo elétrico total dá a expressão para deslocamento elétrico em termos de polarização.

No caso de dielétricos lineares, a polarização é proporcional ao campo elétrico total. A constante de proporcionalidade é chamada de suscetibilidade elétrica do material, e a permissividade do espaço livre torna a suscetibilidade elétrica adimensional.

Para um campo elétrico aplicado, se a suscetibilidade elétrica aumentar, a polarização aumenta.

Substituir a expressão por polarização implica que o deslocamento elétrico também é proporcional ao campo elétrico total.

A nova constante de proporcionalidade é a permissividade do material. A razão entre a permissividade do material e a permissividade do espaço livre fornece a permissividade relativa, também conhecida como constante dielétrica.

Isso estima a capacidade de armazenar carga para um determinado campo elétrico. Materiais com constantes dielétricas mais altas são usados em capacitores para aumentar o armazenamento de energia.