Eletricidade Dielétricos

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ELETRICIDADE 
Luciana Maria Margoti 
Dielétricos
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Descrever as propriedades de um dielétrico.
 � Determinar a capacitância para diferentes tipos de dielétrico.
 � Identificar as possibilidades de utilização dos dielétricos.
Introdução
Neste capítulo, você vai estudar o que são materiais dielétricos e quais são 
as principais características que possibilitam essa classificação. A partir da 
determinação das características e do comportamento dos dielétricos, na 
presença de campo elétrico, você vai aprender a determinar como esses 
elementos podem ser utilizados em capacitores e qual é a influência dos 
dielétricos nesses elementos.
Com essas informações, ficará mais fácil entender e identificar outras 
possibilidades de uso dos dielétricos, a partir da sua principal grandeza, 
relacionada à interação com eletricidade. Você verá também a importân-
cia desses elementos, que — embora não sejam condutores de energia 
elétrica — são amplamente utilizados nas diversas formas como os cir-
cuitos elétricos e eletrônicos se apresentam.
1 Propriedades dos dielétricos
Dielétricos são materiais isolantes, ou seja, eles não são condutores de carga 
elétrica (ou eletricidade). Esses materiais apresentam alta resistividade elétrica 
e, neles, as cargas elétricas não podem se mover. Como exemplos de dielé-
tricos, temos os plásticos utilizados para isolar fios em instalações elétricas, 
a borracha, o óleo, o vidro. Na Figura 1, você poderá observar a comparação 
entre alguns materiais que são bons condutores de cargas elétricas (corrente 
elétrica) e outros que são dielétricos.
As propriedades desses elementos dielétricos se devem à sua estrutura 
atômica e ao comportamento elétrico dos seus átomos na presença de campo 
elétrico. Nos dielétricos, os elétrons das camadas mais externas dos átomos 
apresentam uma ligação mais forte e, por isso, não é propícia a ligação com 
elétrons de átomos vizinhos, nem o seu movimento. Materiais com essas par-
ticularidades são maus condutores de corrente elétrica e de calor (HEWITT, 
2015; KNIGHT, 2009).
Figura 1. Comparativo entre materiais condutores e isolantes.
Fonte: Adaptada de VectorMine/Shutterstock.com.
CONDUTORES
ELÉTRICOS
ISOLANTES
ELÉTRICOS
Condutores permitem que a
energia passe através dele
Metal
Prata Ouro Vidro Borracha
Madeira
Plástico ÓleoCobreÁgua do mar
Isolantes não permitem que a
energia passe através dele
Dielétricos2
Uma das características intrínsecas dos átomos que constituem os materiais 
é a resistividade elétrica ρ (Rô, do alfabeto grego). É ela que possibilita a 
sua classificação, quando esses materiais são expostos a uma diferença de 
potencial, por exemplo.
Essa propriedade colabora na definição de quanto determinado material 
resiste ao fluxo de carga elétrica. Quanto mais alta a resistividade de um 
material, mais isolante ele é (ALEXANDER; SADIKU, 2013). No Quadro 1, 
veja as resistividades elétricas de alguns materiais. Observe que materiais 
como papel, mica, vidro e teflon, que são materiais dielétricos (isolantes), 
apresentam alta resistividade elétrica.
Fonte: Alexander e Sadiku (2013, p. 27).
Material Resistividade (Ω · m) Emprego 
Prata 1,64 × 10-8 Condutor 
Cobre 1,72 × 10-8 Condutor 
Alumínio 2,8 × 10-8 Condutor 
Ouro 2,45 × 10-8 Condutor 
Carbono 4 × 10-5 Semicondutor 
Germânio 47 × 10-2 Semicondutor 
Silício 6,4 × 102 Semicondutor 
Papel 1010 Isolante 
Mica 5 × 1011 Isolante
Vidro 1012 Isolante
Teflon 3 × 1012 Isolante
Quadro 1. Resistividade elétrica
3Dielétricos
Outra característica intrínseca dos elementos que compõem os materiais, 
capaz de indicá-los como isolantes ou condutores, é a permissividade dielé-
trica, que indica a capacidade do material de reagir à exposição a um campo 
elétrico. A permissividade dielétrica é representada pela letra grega ε (Epsilon), 
e a sua unidade de medida em geral aparece em F/m (Farad por metro).
Em materiais condutores que são submetidos a um campo elétrico, os 
seus elétrons livres se rearranjam sobre a superfície do material, formando 
uma carga superficial. Isso não acontece nos dielétricos: eles favorecem a 
concentração do campo elétrico, por não permitirem que a carga se espalhe 
sobre a sua superfície.
A permissividade dielétrica dos materiais é analisada de forma relativa à 
permissividade elétrica do vácuo. Assim (KNIGHT, 2009):
onde:
 � εr = permissividade relativa do material;
 � ε = permissividade do meio; 
 � ε0 = permissividade dielétrica do vácuo, que tem valor de ε0 = 8,85 × 
10–12 C2/Nm2.
A permissividade relativa também é conhecida como constante dielétrica 
e pode ser representada pela letra K. Essa constante indica quantas vezes a 
permissividade de um material é maior ou menor que a do vácuo. Observe no 
Quadro 2 a constante dielétrica de alguns materiais à temperatura ambiente 
(25 ºC).
Outra propriedade importante é a rigidez dielétrica de um material, que 
é descrita como o valor máximo de potencial elétrico aplicado por unidade de 
espessura desse material, sem que ele deixe de se comportar como um dielétrico 
(BAUER; WESTFALL; DIAS, 2012). Em outras palavras, para valores maiores 
do que a rigidez dielétrica de determinado material isolante, ele deixa de se 
comportar como dielétrico e pode permitir a passagem de corrente elétrica 
pelo seu meio. A unidade de rigidez dielétrica é V/mm (Volt por milímetro). 
Alguns valores de rigidez dielétrica podem ser vistos no Quadro 2.
Dielétricos4
Fonte: Knight (2009, p. 931).
Material 
Constante 
dielétrica k
Rigidez dielétrica 
Emax (106 V/m)
Vácuo 1,6 —
Ar (1 atm) 1,0006 3
Teflon 2,1 60
Plástico poliestireno 2,6 24
Mylar (filme fino de poliéster) 3,1 7
Papel 3,7 16
Vidro pirex 4,7 14
Água pura (a 20 °C) 80 —
Dióxido de titânio (TiO2) 110 6
Titanato de estrôncio (SrTiO3) 300 8
Quadro 2. Constante dielétrica de alguns materiais
Embora haja propriedades bem peculiares que caracterizam os dielétricos, é importante 
ressaltar que qualquer material, ao ter os seus limites (grandezas) extrapolados, deixa 
de se comportar como isolante, o que pode comprometer a finalidade a que ele foi 
destinado. Assim, é necessário garantir o uso sob condições adequadas desses materiais, 
para que se garanta o comportamento esperado de proteção, isolamento ou blindagem.
Entre todas as propriedades abordadas, uma delas traz uma grande con-
tribuição para a determinação da capacitância dos materiais. A capacitância 
tem relação direta com o armazenamento de campo elétrico, proveniente de 
uma interação com dielétricos adequados e propriedades adequadas ao uso. 
A seguir, você verá que a permissividade dielétrica do material tem grande 
importância na determinação da capacitância de elementos armazenadores 
de energia.
5Dielétricos
2 Determinação da capacitância a partir de 
diferentes dielétricos
Os dielétricos são muito importantes em diversas aplicações. Uma delas é no 
isolamento de placas condutoras na construção de elementos que armazenam 
energia elétrica, conhecidos por capacitores. Capacitores são componentes 
muito utilizados em eletrônica, comunicação, computadores e sistemas de 
potência (ALEXANDER; SADIKU, 2013). Eles são formados por duas placas 
condutoras paralelas, separadas por um dielétrico, de forma que a ausência 
de contato entre os condutores permita que cargas elétricas sejam armazenas, 
por atração, em forma de campo elétrico.
Quando for necessário, essas cargas podem ser devolvidas para o circuito 
ao qual o capacitor está conectado. As Figuras 2 e 3 mostram detalhadamente 
os capacitores, com os seus elementos condutores intercalados por dielétricos 
(isolantes).
Figura 2. Capacitor e a representação da sua constituição interna.
Fonte: Adaptada de Designua/Shutterstock.com.
Separador
Placa de metal
Caixa de alumínio
Terminal
Dielétricos6
Figura 3. Capacitor e o elemento que armazena energia em forma de campo elétrico.
Fonte: Adaptada deDesignua/Shutterstock.com.
Separador
Recipiente
Terminal
Folha de
cátodo (-)
Folha de
ânodo (-)
A quantidade de carga armazenada em um capacitor é proporcional à 
tensão aplicada a ele. A essa constante de proporcionalidade dá-se o nome de 
capacitância, representada pela letra C, com unidade de medida Farad (F): 
Q = CV
onde:
 � Q = carga elétrica armazenada nas placas condutoras;
 � C = capacitância; 
 � V = tensão aplicada aos terminais do capacitor.
7Dielétricos
De forma alternativa, a capacitância é a quantidade de carga armaze-
nada por placa para uma unidade de diferença de potencial em um capacitor 
(ALEXANDER; SADIKU, 2013). Embora a capacitância seja a razão entre 
tensão e carga elétrica, ela depende das dimensões físicas do capacitor. Para 
um capacitor de placas paralelas (o mais comum), a capacitância pode ser 
escrita como:
onde:
 � ε = permissividade do material dielétrico entre as placas;
 � A = área das placas;
 � d = distância entre placas condutoras.
Essas grandezas estão representadas no esquema da Figura 4. 
Figura 4. Capacitor de placas paralelas e as suas 
dimensões.
Fonte: Alexander e Sadiku (2013, p. 190).
Dielétricos8
Além da área e da distância entre as placas, quanto maior for a permissividade do 
material, maior será a sua capacitância.
Dois capacitores foram projetados com placas condutoras de materiais idênticos e 
mesma área, e a distância entre as placas também é a mesma nos dois capacitores. 
A diferença construtiva entre eles ocorreu na seleção do dielétrico utilizado: no capacitor 
A, o dielétrico utilizado foi o vácuo; já no capacitor B, foi utilizado o plástico poliestireno 
entre as placas. Considerando A = 0,003 m2 e d = 0,009 m, determine a capacitância 
de cada um dos capacitores.
Para solucionar esse problema, inicialmente você precisa observar se todas as uni-
dades estão no Sistema Internacional de Unidades. Caso não estejam, será necessário 
fazer as conversões adequadas.
Para o capacitor A:
Para o capacitor B, o dielétrico utilizado foi a plástico poliestireno. Do Quadro 2, você 
pode verificar que a permissividade relativa do plástico poliestireno é 2,6, em relação 
à do vácuo. Assim, a permissividade do plástico poliestireno será:
Logo,
Observe que, ao adicionar, entre as placas condutoras, um material com maior 
permissividade dielétrica (mais isolante), a capacitância será maior.
9Dielétricos
Os dielétricos são importantes na fabricação dos capacitores, uma vez que, 
como você viu, a escolha de diferentes dielétricos pode alterar significativa-
mente a sua capacitância. No entanto, os dielétricos têm outras aplicações em 
eletricidade, como você verá na próxima seção.
3 Utilização de dielétricos
Os dielétricos normalmente são utilizados em locais em que se deseja isolar 
partes eletricamente, visto que não ocorre fluxo de corrente elétrica através deles. 
Com o uso desse tipo de material, é possível manusear partes expostas à corrente 
elétrica ou à diferença de potencial, eliminando os riscos de choque elétrico.
Os dielétricos podem ser encontrados nos estados sólido, líquido e gasoso. 
Como exemplos de dielétricos no estado sólido, podemos citar madeiras, 
borrachas, cerâmicas e mica. Na Figura 5, observe o uso da porcelana em 
isoladores utilizados em componentes do sistema elétrico de potência.
Figura 5. Sistema de proteção com hastes de aterramento.
Fonte: FOTOGRIN/Shutterstock.com.
Dielétricos10
Dielétricos no estado gasoso podem ser encontrados encapsulados também 
em equipamentos do sistema elétrico de potência (transformadores, disjun-
tores). O ar é um exemplo de dielétrico no estado gasoso. Óleos minerais são 
bons exemplos de dielétricos em estado líquido. Eles também são utilizados 
em transformadores, isolando fisicamente as suas partes, ou impregnando 
papéis usados no isolamento de enrolamentos de motores elétricos (Figura 6).
Figura 6. Detalhe de um motor elétrico aberto, em que é possível ver os papéis utilizados 
como isolantes.
Fonte: Smoczyslaw/Shutterstock.com.
Os dielétricos, em sua maioria, além de bons isolantes elétricos, apresen-
tam boa resistência mecânica — principalmente aqueles utilizados para a 
sustentação de outros elementos. Uma aplicação muito comum dos dielétricos 
é no revestimento de fios e cabos condutores. Assim, são diversos os tipos de 
revestimentos existentes, que, além do isolamento elétrico, diferenciam-se pela 
temperatura de trabalho suportada por cada um (FOWLER, 2013).
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O isolamento de cabos elétricos é tão relevante que a Associação Brasileira de Normas 
Técnicas (ABNT) tem uma norma específica para indicar o comportamento adequado 
à utilização dos dielétricos no revestimento de cabos e fios elétricos. A norma é a ABNT 
NBR 6813:1981 – Fios e Cabos Elétricos – Ensaio de resistência de isolamento.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT NBR 6813:1981. Fios e cabos 
elétricos - Ensaio de resistência de isolamento. Rio de Janeiro: ABNT, 1981.
ALEXANDER, C. K.; SADIKU, M. N. O. Fundamentos de circuitos elétricos. 5. ed. Porto 
Alegre: AMGH, 2013.
BAUER, W.; WESTFALL, G. D.; DIAS, H. Física para universitários: eletricidade e magnetismo. 
Porto Alegre: AMGH, 2012.
FOWLER, R. Fundamentos de eletricidade: corrente contínua e magnetismo. 7. ed. Porto 
Alegre: AMGH, 2013. (Série Tekne, v. 1).
HEWITT, P. G. Física conceitual. 12. ed. Porto Alegre: Bookman, 2015.
KNIGHT, R. D. Física: uma abordagem estratégica. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. 
(Eletricidade e Magnetismo, v. 3).
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