Materiales dieléctricos

Actividades

Se introduce

• la intensidad del campo eléctrico (en unidades 10⁷ N/C), en el control de edición titulado Campo eléctrico.
• la temperatura en kelvin, en el control de edición titulado Temperatura.

Se pulsa el botón titulado Calcular

Se muestra el estado de cada molécula representada por una flecha: en color azul, aquellas cuyo momento dipolar está orientadas en el sentido del campo, y en color rojo, las que están orientadas en sentido contrario al campo. El programa calcula la polarización P/N de la sustancia en unidades 10^-30 C·m y la muestra en el control de edición titulado Polarización situado en la parte inferior izquierda del applet

Se repite varias veces la experiencia, observando el comportamiento de cada una de las moléculas del dieléctrico y del dieléctrico en su conjunto (la polarización) modificando solamente la temperatura, pero sin cambiar el valor del campo eléctrico, ni la sustancia dieléctrica.

Se pulsa el botón titulado Gráfica. Los datos "experimentales" (puntos en color rojo) se representan junto con la función de Langevin que describe el comportamiento de un número muy grande de moléculas.

• En el eje vertical se representa, P/N
• En el eje horizontal, u=pE/(kT)

Cada vez que se comience una nueva "experiencia" se eliminan los datos del control área de texto situado a la izquierda, pulsando en el botón titulado Borrar.

Comprobar que se obtienen valores parecidos de la polarización para valores iguales del cociente campo temperatura. Por ejemplo, se obtienen valores parecidos introduciendo un campo de 10 y una temperatura de 100, que introduciendo un campo de 20 y una temperatura de 200.

Introduciendo valores iguales del cociente campo/temperatura, observaremos que no podemos saber de antemano la orientación de una molécula individual, sin embargo, el comportamiento del conjunto está determinado por la ley de Langevin.

Comprobar, que cuando la intensidad del campo eléctrico es grande y la temperatura es próxima a cero, casi todas las moléculas están orientadas en la dirección del campo, obteniéndose el valor máximo de la polarización de la sustancia dieléctrica.

Comprobar, que cuando la intensidad del campo eléctrico es pequeña y la temperatura es grande, la orientación de los momentos dipolares es al azar, obteniéndose el valor mínimo de la polarización, un valor próximo a cero.

Ejemplo:

Calcular la polarización media (P/N) de la molécula de agua (p=6.2·10^-30 C·m) cuando una muestra de este líquido está bajo la acción de un campo eléctrico E=10·10⁷ N/C y a una temperatura de T=293 K. La constante de Boltzmann vale k=1.3805·10^-23 J/K