02-Rigidez dieléctrica

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1. Definición

Vimos en 02-Conductores y aisladores que un aislador o dieléctrico se caracteriza por no tener cargas libres capaces de moverse. Sin embargo, si la intensidad del campo eléctrico supera un valor crítico, las fuerzas sobre los electrones ligados superan a las fuerzas nucleares que los retienen, arrancándolos de sus moléculas. A la intensidad máxima del campo eléctrico que un dieléctrico puede soportar sin romperse (sin perder sus propiedades aisladoras) se la denomina rigidez dieléctrica.

• Para el aire a presión atmosférica: Su rigidez dieléctrica es aproximadamente $3\cdot {10}^{6}N/C$.
• Para el vidrio: Es dos o tres veces mayor que la del aire.

2. El límite de carga de los conductores

La rigidez dieléctrica del aire nos explica por qué un conductor geométrico finito no puede almacenar carga infinita. Si tenemos una esfera de metal rodeada de aire y le agregamos carga, el campo eléctrico en su superficie ($E=\frac{1}{4\pi {ϵ}_0}\frac{q}{r^2}$) aumentará. Si el campo en la superficie de la esfera alcanza los $3\cdot {10}^{6}N/C$, el aire que la rodea se ionizará, se volverá conductor y la esfera se descargará emitiendo chispas.

Por ejemplo, una pequeña esfera de $1$ cm de radio en el aire solo puede almacenar una carga máxima de $3.3\cdot {10}^{-8}C$ antes de romper el dieléctrico que la rodea. Por esta razón los generadores de alto voltaje (como el de Van de Graff) necesitan tener domos esféricos gigantescos. A mayor radio, el campo eléctrico en la superficie es menor para una misma carga, alejando el riesgo de ruptura dieléctrica.