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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD MADERO
MÉTODOS ELÉCTRICOS I
GCM 10202-2-4
4523 B 15:00-16:00 L-M-X-J
ING. MIGUEL MARTINEZ FLORES
INTEGRANTES:FRIDA CÁRDENAS TORRES
JOSÉ ALFREDO RIVERA HERRERA PAOLA ITZEL HERNÁNDEZ BOCANEGRA
POLARIZACIÓNEl electromagnetismo clásico define la polarización eléctrica como el campo vectorial que representa la densidad de los momentos eléctricos dipolares inducidos o permanentes en un material dieléctrico. Cabe mencionar que este concepto también se conoce con el nombre de densidad de polarización o sencillamente como polarización. Se trata de uno de los tres campos eléctricos macroscópicos que proporcionan una descripción del comportamiento de los materiales, complementando al desplazamiento eléctrico D y al campo eléctrico E.
Polarización Eléctrica:
La Polarización Eléctrica (También Llamada Densidad De Polarización O Simplemente Polarización) Es El Campo Vectorial Que Expresa La Densidad De Los Momentos Eléctricos Dipolares Permanentes O Inducidos En Un Material Dieléctrico. El Vector De Polarización P Se Define Como El Momento Dipolar Por Unidad De Volumen. La Unidad De Medida Es Coulomb Por Metro Cuadrado.
La Polarización Eléctrica Es Uno De Los Tres Campos Eléctricos Macroscópicos Que Describen El Comportamiento De Los Materiales. Los Otros Dos Son El Campo Eléctrico E Y El Desplazamiento Eléctrico D.
EL FENÓMENO DE LA POLARIZACIÓN
La inducción no se limita a los conductores, cuando acercamos una barra cargada a un aislante no hay electrones libres que puedan desplazarse por el material aislante; lo que ocurre en un reordenamiento de las posiciones de las cargas dentro de los propios átomos y moléculas.Por inducción un lado del átomo o molécula se hace ligeramente mas positivo o negativo que el lado opuesto por lo que decimos que el átomo está eléctricamente polarizado . Si, por ejemplo , la barra es negativa, entonces el lado positivo del átomo o molécula se orienta hacia la barra y el lado negativo queda orientado en un sentido contrario. Se presenta el fenómeno de polarización cuando trozos de papel neutros son atraídos por un objeto cargado o cuando se coloca un globo cargado en una pared.Cuando situamos un objeto material en un campo eléctrico se comporta según sea un conductor o un dieléctrico. El conductor redistribuye sus cargas. En un dieléctrico las cargas no pueden moverse libremente y, por tanto, su comportamiento es distinto. Los dieléctricos pueden considerarse formados por dos tipos de moléculas: polares y no polares.
• Las Moléculas (Dipolos) Están Distribuidas Al Azar (A)• Al Acercar A Este Dieléctrico Un Cuerpo Electrizado (Por Ejemplo, Con Carga
Positiva), La Carga De Este Último Actuará Sobre Las Moléculas Del Aislante, Haciendo Que Se Orienten Y Alineen En La Forma Indicada. (B)
• Cuando Esto Sucede, Se Dice Que El Dieléctrico Está Polarizado.
Como Ocurre La Polarización:
Si la molécula es no polar, es decir, si el centro del sistema de electrones coincide con el de los núcleos positivos, el dieléctrico es, en todos sus puntos, eléctricamente neutro. Bajo la acción de un campo eléctrico externo, los centros de los sistemas citados se separan y se crean dipolos inducidos, alineados con el campo eléctrico externo.
Macroscópicamente, en un dieléctrico se produce el fenómeno conjugado de alineamiento e inducción, separándose ligeramente el centro de las cargas positivas de todo el dieléctrico con respecto al centro de las cargas negativas. El dieléctrico en su conjunto permanece eléctricamente neutro pero se polariza, es decir, se acumula carga positiva a un lado y negativa en el otro.
Dipolo:
Un dipolo eléctrico es un sistema de dos cargas de signo opuesto e igual magnitud cercanas entre sí.
Los dipolos aparecen en cuerpos aislantes dieléctricos. A diferencia de lo que ocurre en los materiales conductores, en los aislantes los electrones no son libres. Al aplicar un campo eléctrico a un dieléctrico aislante éste se polariza dando lugar a que los dipolos eléctricos se reorienten en la dirección del campo disminuyendo la intensidad de éste.
Polarización de un material dieléctrico o aislante
Influencia de un campo eléctrico en un dieléctrico tipo polar
Las moléculas de algunos dieléctricos tienen la propiedad de que la distribución interna de sus cargas no es simétrica.En estos casos la parte positiva y negativa de cada molécula están separadas una de otra.Si al dieléctrico se le aplica un campo eléctrico, estas moléculas llamadas dipolos, no se desplazan como lo hacen lo electrones en lo metales, sino que se orientan según el campo aplicado.Con esta situación se dice que el dieléctrico ha sido polarizado. Cuando el campo eléctrico desaparece, las moléculas vuelven a su estado original.
Tipos de Polarización
Hay varios mecanismos de polarización de los dieléctricos a saber:
• Polarización electrónica, que consiste en un desplazamiento relativo de la nube de electrones con relación al núcleo atómico.
• Polarización iónica o atómica, que consiste en un desplazamiento relativo de los átomos que constituyen la molécula.
• Polarización por orientación, que consiste en una orientación de las moléculas polares bajo la acción del campo aplicado.
• Polarización por carga de espacio, que es debida a cargas que pueden migrar ciertas distancias dentro del material.
La polarización electrónica tiene lugar en los átomos, iones o moléculas; bajo la influencia de un campo eléctrico aplicado, se produce un desplazamiento de la nube electrónica de cada átomo, de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas se desplaza una distancia d del núcleo positivo. Este desplazamiento provoca la formación de dipolos (dipolos inducidos), y la polarización del átomo.
La polarización iónica o atómica se presenta en sustancias iónicas con moléculas polares o no polares, las que, como consecuencia del carácter (iónico o covalente) de la unión, tienen átomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan solicitados por el campo exterior.
La polarización por orientación se produce solamente en las sustancias cuyas moléculas son polares, es decir que contienen dipolos aún sin la presencia de campo eléctrico exterior. Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se orientan en presencia de un campo exterior, con la consiguiente polarización de la sustancia.
El resultado neto de la polarización, es la producción de una capa de cargas positivas sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara. El fenómeno de la polarización puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos.
Constante Dieléctrica Relativa
En 1837 Faraday demostró que si se llena completamente el espacio comprendido entre dos placas de un capacitor con un dieléctrico, la capacidad del capacitor queda multiplicada por un factor k mayor que la unidad. Este factor es el llamado poder inductor específico o constante dieléctrica relativa (al vacío) εr y es independiente de la forma del capacitor, dependiendo exclusivamente del dieléctrico. Al vacío se le asigna el valor εr=1, el aire tiene un εr=1,00059 (se suele despreciar los decimales y considerárselo igual a 1).
Por definición, la constante dieléctrica relativa de un medio, es la relación entre la capacidad de un capacitor con dicho medio como dieléctrico sobre la capacidad de otro con el vacío como dieléctrico.
Polarización InducidaLa Polarización Inducida (PI) es un fenómeno eléctrico que se manifiesta en el interior de medios materiales, sean en el dominio del tiempo con tensiones de relajamiento a la interrupción de un flujo de corriente eléctrica energizante, sea en el dominio de la frecuencia con una precisa ley de dispersión de la resistividad eléctrica al variar la frecuencia de un flujo de corriente alterna energizante.
Es bien conocido que el fundamento sobre el cual se aplica este método se debe a que algunas rocas o depósitos minerales no exhiben un potencial eléctrico propio.
Los métodos de prospección geoeléctrica estudian el comportamiento de corrientes eléctricas naturales e inducidas para determinar la resistividad eléctrica del subsuelo, esto puede ser aprovechado para crear una tomografía que puede ser usada para ubicar sulfuros masivos, minerales, acuíferos y plumas contaminantes, y anomalías asociadas a la estratigrafía del subsuelo, entre otras.
Un método electromagnético que utiliza electrodos con tensiones y corrientes variables en el tiempo para mapear la variación de la permitividad eléctrica (constante dieléctrica) en el subsuelo, con bajas frecuencias. La polarización inducida se observa cuando una corriente estacionaria que atraviesa dos electrodos del subsuelo se interrumpe: la tensión no retorna a cero en forma instantánea sino que decae lentamente, lo que indica que la carga ha sido almacenada en las rocas. Esta carga, que se acumula principalmente en las interfases presentes entre los minerales de arcilla. A menudo se utiliza en la exploración de minerales y a veces permite distinguir diferentes tipos de mineralización.
AplicacionesCaracterización litológica del subsuelo (Geotécnica, Exploración Minera y Agua).Delimitación de zonas de alteración (hidrotermal, silícea).Detección de zonas mineralizadas (sulfuros).Localización de (sistemas de) fracturas y fallas geológicas.Estudio de acuíferos: profundidad, espesor, propiedades (salinidad).Monitoreo de acuíferos (contaminación).
PIEZOELECTRICIDADLa piezoelectricidad (del griego piezein, “estrujar o apretar”) es un fenómeno presentado por determinados cristales que al ser sometidos a tensiones mecánicas adquieren una polarización eléctrica en su masa, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. Este fenómeno también se presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la acción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someter los cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.
Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos que no poseen centro de simetría. El efecto de una compresión o de un cizallamiento consiste en disociar los centros de gravedad de las cargas positivas y de las cargas negativas. Aparecen de este modo dipolos elementales en la masa y, por influencia, cargas de signo opuesto en las superficies enfrentadas.
Pueden distinguirse dos grupos de materiales: los que poseen carácter piezoeléctrico de forma natural (cuarzo, turmalina) y los llamados ferroeléctricos, que presentan propiedades piezoeléctricas tras ser sometidos a una polarización (tantalio de litio, nitrato de litio, bernilita en forma de materiales monocristalinos y cerámicas o polímeros polares bajo forma de microcristales orientados).El efecto piezoeléctrico, es un fenómeno físico que presentan algunos cristales debido al cual, aparece una diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre ciertas caras del cristal cuando éste se somete a una deformación mecánica y se denomina efecto piezo-eléctrico directo. Este efecto funciona también a la inversa: cuando se aplica un campo eléctrico a ciertas caras de una formación cristalina, esta experimenta distorsiones mecánicas (efecto piezo-eléctrico inverso). Pierre Curie y su hermano Jacques descubrieron este fenómeno en el cuarzo y la sal de Rochelle en 1880 y lo denominaron 'efecto piezoeléctrico' (del griego piezein, 'presionar').