ME - Apostila geral
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DisciplinaMateriais Elétricos para Engenharia Elétrica78 materiais193 seguidores
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Quando uma ddp é aplicada entre as 
superfícies condutoras de forma a produzir um campo elétrico no interior do conjunto, ocorre armazenamento de 
energia na forma de campo elétrico devido ao armazenamento de carga elétrica no conjunto. Assim, dielétrico é 
geralmente o termo para o material isolante aplicado em estudos e aplicações de efeitos capacitivos. 
 
 2.2.1) POLARIZAÇÃO DO DIELÉTRICO 
 
Tanto nos materiais isolantes quanto nos condutores aparecem cargas induzidas em suas superfícies quando os 
mesmos são imersos em um campo elétrico. Porém, quando um material condutor isolado é colocado em um campo 
elétrico, seus portadores de carga livres (elétrons livres) se deslocam facilmente como resultado das forças exercidas 
sobre elas pelo campo elétrico, apresentando, num estado estacionário final, uma carga induzida em uma superfície 
(separação de carga) e um campo elétrico nulo em seu interior. Um dielétrico, no entanto, praticamente não possui 
cargas livres. Logo, o aparecimento de cargas induzidas em sua superfície deve se dar de outra forma. 
Um grupo de cargas elétricas em que o \u201ccentro de gravidade\u201d das cargas positivas e negativas não é coincidente 
constitui-se no chamado dipolo elétrico. As moléculas podem, então, serem classificadas em polares e não polares. 
Molécula polar é, portanto, aquela em que o centro de gravidade do núcleo positivo não coincide com o dos elétrons, 
enquanto que na molécula não polar eles coincidem. A molécula polar caracteriza os chamados dipolos permanentes e 
os dielétricos de polares, e a molécula não polar caracteriza, então, os dielétricos não polares. Contudo, como será 
visto a seguir, perante um campo elétrico externo, em ambos os tipos de dielétricos ocorrem um alinhamento de 
dipolos na direção e sentido contrário ao campo, que não é total, pois é impedido pela agitação térmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Seja um dielétrico não polar (Fig. 2.2.1-a). Sob a influência de um campo elétrico externo E, as cargas de uma 
molécula não polar se deslocam na direção deste campo, isto é, tornam-se polarizadas (Fig. 2.2.1-b) e são chamadas 
de dipolos induzidos. As cargas separam-se até que uma força elétrica restauradora, conseqüência de um campo 
Fig. 2.2.1: Comportamento de moléculas não polares (a) na ausência e (b) na presença de um campo elétrico 
externo; comportamento de moléculas polares (c) na ausência e (d) na presença de um campo elétrico externo. 
E 
 
 
 
Eind 
(a) (b) (c) (d) 
Enat 
 
 
 
 
E 
CAPÍTULO 2: Materiais isolantes e magnéticos 
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elétrico induzido (Eind , Fig. 2.2.1-b), se torne igual e oposta à força exercida sobre as cargas pelo campo externo, isto 
é, ocorre uma indução e orientação dipolos orientados na direção e sentido contrário ao campo externo (Fig. 2.2.1-a). 
Quanto mais intenso o campo externo, mais dipolos são criados e orientados e o processo é reversível, isto é, quando 
o campo externo é retirado, os dipolos induzidos são desfeitos e o dielétrico se torna novamente despolarizado. 
Seja um dielétrico polar (Fig. 2.2.1-c), ou seja, formado por dipolos permanentes. Estes dipolos naturais (Enat , 
Fig. 2.2.1-c) estão orientados ao acaso quando nenhum campo externo é aplicado e se anulam mutuamente, isto é, o 
dielétrico não apresenta um momento de dipolo resultante. No entanto, semelhante aos dielétricos não polares, um 
campo elétrico externo aplicado a um material polar exerce uma força que gera um conjugado nos dipolos naturais, 
orientando-os na direção e sentido contrário ao do campo (Fig. 2.2.1-d). Quanto mais intenso o campo externo, maior 
é o efeito de alinhamento, e o processo também é reversível. 
Seja agora um dielétrico qualquer imerso num campo elétrico E 
(Fig. 2.2.2). O efeito do campo elétrico sobre moléculas polares e não-
polares é, como visto, essencialmente o mesmo, isto é, o campo polariza 
(orienta) os dipolos elétricos. Assim, imaginando-se duas camadas 
superficiais extremamente delgadas, indicadas pelas linhas tracejadas na 
Fig. 2.2.2, como efeito resultante da polarização dos dipolos elétricos 
cria-se um excesso de cargas positivas em uma camada e negativas na 
outra. São, então, estas camadas de cargas que dão origem à carga 
induzida nas superfícies do dielétrico. Essas cargas, portanto, não são 
livres, sendo cada uma delas ligada a uma molécula situada na superfície 
ou próximo dela. Assim, num dielétrico polarizado por campo elétrico 
externo, a carga resultante por unidade de volume permanece nula. 
 
 2.2.2) RIGIDEZ DIELÉTRICA E EFEITO CORONA 
 
A capacidade de um material isolante em manter isoladas eletricamente superfícies a potenciais diferentes é a 
propriedade rigidez dielétrica. Rigidez dielétrica (Emáx) é o limite máximo da tensão elétrica por unidade de espessura 
que um determinado material pode suportar sem romper-se, isto é, o valor máximo de diferença de potencial aplicada, 
acima do qual o dielétrico deixa bruscamente de funcionar como isolante, permitindo a passagem de corrente elétrica 
por seu meio. É, portanto, a propriedade do dielétrico de se opor à descarga elétrica através de sua estrutura, ou seja, 
expressa a capacidade de isolação elétrica de um material. Unidade usual: kV/mm. 
A rigidez dielétrica varia com a temperatura, umidade, freqüência e tempo de aplicação da tensão. Nas 
freqüências industriais (50 e 60 Hz), os valores de rigidez dielétrica relacionados com as sobretensões transitórias são 
parâmetros significativos na avaliação de componentes isolantes para cabos de alta tensão. A Tab. 2.2.1 mostra o 
valor da rigidez dielétrica de alguns materiais na temperatura ambiente padrão. 
 
Material Emáx (kV/mm) Material Emáx (kV/mm) Material Emáx (kV/mm) 
ar seco 3 EPR 53 vidro 80 
poliestireno 20 mica 60 porcelana 100 
PVC 50 polietileno reticulado 65 óleo mineral 15 a 280 
Tab. 2.2.1: Rigidez dielétrica de alguns materiais a 20 oC. 
 
Quando as densidades de campo elétrico em condutores energizados em alta tensão e imersos no ar, excedem 
um certo valor, surge uma região de ar ao redor dos mesmos ligeiramente ionizada e com pequenas descargas elétricas 
do condutor para o ar, de cor violeta pálida. Esta descarga, chamada Efeito Corona, é influenciada pelas condições do 
ar (umidade, temperatura, pressão e poluição) e pelo tipo de tensão aplicada (AC ou DC), e provoca perdas na forma 
de emissões luminosas e de ruído audível, interferências de rádio e TV, vibração do condutor e formação de ozônio. 
As perdas resultantes da ocorrência de corona em linhas de transmissão obrigam, então, os projetistas a 
cuidados especiais no dimensionamento de chaves de alta tensão, espaçamento entre barramentos e cabos, e aumento 
dos raios de curvatura dos cabos na passagem pelas ferragens das torres de sustentação. 
 
 2.2.3) CAPACITÂNCIA 
 
Seja um condutor isolado com carga Q e sob potencial V. Variando-se sua carga para nQ observa-se que seu 
potencial se altera para nV, tal que a relação Q/V se matem constante, isto é, a carga de um condutor e o seu potencial 
são grandezas proporcionais. Esta relação é chamada capacitância (símbolo: C
 
; unidade: Farad, F), tal que Q/V = C, 
e depende da forma geométrica e do dielétrico que envolve o condutor, mas independe da natureza do condutor. 
Seja, então, por exemplo, um condutor A isolado por um dielétrico, de capacitância C e carregado com carga 
positiva Q sob potencial V em relação à referência terra. Se em presença do condutor A for colocado um segundo 
condutor B neutro, aterrado e isolado de A pelo dielétrico, nota-se que o campo elétrico criado pelas cargas de A 
Fig. 2.2.2: Polarização de um dielétrico 
originando finas camadas de carga 
ligadas na superfície do dielétrico. 
E 
CAPÍTULO 2: Materiais isolantes e magnéticos 
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induzirão cargas negativas em B, o que acarreta uma queda de potencial no próprio condutor A devido