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Rigidez dielétrica

“A rigidez dielétrica de um meio mede o maior valor de campo elétrico que esse suporta antes de tornar-se condutor.”

Rigidez dielétrica é o limite superior da intensidade de campo elétrico que determinado dielétrico é capaz de suportar sem tornar-se condutor. Com base nessa intensidade de campo elétrico, o meio torna-se ionizado e os seus portadores de carga passam a ser conduzidos, fazendo com que esse perca sua propriedade isolante temporariamente.

A rigidez dielétrica é uma propriedade física muito importante dos materiais, uma vez que ela também define qual é o maior campo elétrico que tal material pode suportar, sem que nele surjam faíscas e descargas elétricas capazes de danificá-lo.

Veja também: Fatos curiosos sobre os raios

Dielétricos

Dielétricos são meios isolantes, isto é, que dificultam a passagem da corrente elétrica. Esses meios tendem a polarizar-se quando sujeitos a campos elétricos externos de grande intensidade. O ar atmosférico, por exemplo, é um bom dielétrico, e para que esse meio conduza elétrons, é necessário que um grande campo elétrico seja aplicado sobre ele. Quanto maior for a rigidez dielétrica de um meio, melhor isolante ele será.

Quando polarizados, os dielétricos produzem um campo elétrico em seu interior que se opõe ao campo elétrico externo. Entretanto, caso o campo elétrico externo apresente valores superiores ao limite de campo elétrico de polarização, a corrente elétrica fluirá através do dielétrico, que passará a ter, ainda que momentaneamente, propriedades condutoras. O nome desse processo é ruptura de rigidez dielétrica.

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Constante Dielétrica x Rigidez Dielétrica

Às vezes, é comum confundir-se os termos constante dielétrica e rigidez dielétrica. Apesar de terem nomes parecidos, trata-se de conceitos diferentes:

  • Constante dielétrica: é definida com base na razão da permissividade elétrica de um meio pela permissividade elétrica do vácuo. Essa propriedade é aplicada em capacitores, uma vez que se procura inserir, entre suas placas, meios com grandes constantes dielétricas, aumentando-se, assim, a sua capacitância.


    ε — constante dielétrica do meio

    ε0 — constante dielétrica do vácuo

    K — constante dielétrica relativa

  • Rigidez dielétrica: mede o campo elétrico máximo que um meio isolante suporta antes de tornar-se condutor. Quando isso acontece, dizemos que houve ruptura da rigidez dielétrica do material. A rigidez dielétrica costuma ser medida em V/m (Volts por metro) ou em kV/mm (quiloVolts por milímetro).

Rigidez dielétrica dos materiais

Confira uma tabela que relaciona a rigidez dielétrica de alguns materiais:

Material

Rigidez dielétrica (V/m)

Ar

3.106

Papel

16.106

Teflon

60.106

Borracha

12.106

Porcelana

12.106

Madeira

~10.106

Óleo (transformador)

20 – 30.106

Alguns fatores como temperatura, presença de impurezas e falhas estruturais (em dielétricos sólidos) podem influenciar grandemente a rigidez dielétrica de um material.

Veja também: Quanto pesa uma nuvem?

→ Rigidez dielétrica do óleo

O uso de óleos no interior dos transformadores é comum. Alguns transformadores podem operar com campos elétricos de altíssima intensidade, por isso, costuma-se empregar materiais dielétricos em sua construção, a fim de ser evitada a formação de descargas elétricas para o ar. De maneira geral, os óleos apresentam grandes módulos de rigidez dielétrica e, por isso, podem ser empregados nesse tipo de dispositivo. Outro fator que justifica a utilização do óleo é a sua capacidade de dissipar o calor produzido pelos transformadores, sua capacidade térmica permite que esses dispositivos operem sem sofrer superaquecimentos.

→ Rigidez dielétrica do ar

Quando um campo elétrico maior que 3.106 V/m forma-se no ar, esse torna-se condutor. Quando isso acontece, os elétrons passam a ser conduzidos por ele, formando os raios. Nesse processo, os elétrons colidem-se com as moléculas dos gases atmosféricos, fazendo com que sua temperatura aumente, dessa forma, excitando-as. Quando as moléculas do ar retornam aos seus níveis normais de energia, elas emitem a luz presente nos relâmpagos. O barulho característico dos trovões, no entanto, é produzido pela expansão do ar em razão do aumento repentino de temperatura.

Efeito corona

Quando o ar atmosférico é ionizado, seu estado físico passa a ser plasmático. Isso significa que os elétrons foram arrancados de seus núcleos atômicos. Em razão de um grande campo elétrico, os elétrons do gás podem colidir-se com outros átomos, produzindo luz visível.

A excitação do ar atmosférico faz com que seus átomos emitam luz visível.
A excitação do ar atmosférico faz com que seus átomos emitam luz visível.

Quando o campo elétrico em questão é oscilante, pode ser que os átomos emitam luz de alta frequência, como o violeta e o ultravioleta. Esse fenômeno é chamado de efeito corona.

O intenso campo elétrico entre os fios excita o ar ao seu redor, ionizando-o e fazendo com que ele emita luz violeta.
O intenso campo elétrico entre os fios excita o ar ao seu redor, ionizando-o e fazendo com que ele emita luz violeta.

A rigidez dielétrica do ar atmosférico pode ser considerada relativamente baixa, se comparada a alguns materiais como vidro e outros minerais.

Publicado por: Rafael Helerbrock
Os raios são formados quando o campo elétrico no ar excede o valor de três milhões de volts por metro.
Os raios são formados quando o campo elétrico no ar excede o valor de três milhões de volts por metro.

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