Campo eléctrico inducido en el dieléctrico

Question

¿Por qué el campo eléctrico inducido debido a las cargas ligadas en el dieléctrico es siempre menor que el campo eléctrico externo?

Answer 1

Cuando un dieléctrico se coloca en un campo eléctrico externo $\vec E_{\rm external}$ se induce un cambio en la superficie del dieléctrico como se muestra en el diagrama de abajo en rojo.

Esto puede deberse a la formación de dipolos eléctricos temporales en el dieléctrico o a la rotación de dipolos eléctricos permanentes.
El número de cargas inducidas no puede superar el número de cargas externas y suele ser menor.

Cuando se muestren los campos eléctricos se verá que las cargas inducidas en el dieléctrico producen un campo eléctrico inducido dentro del dieléctrico $\vec E_{\rm induced}$ .

Por superposición el campo eléctrico dentro del dieléctrico $\vec E_{\rm external} + \vec E_{\rm induced}$ será menor que $\vec E_{\rm external}$ .

Lo mejor que se puede hacer es reducir el campo en el dieléctrico a cero.

Esto ocurre cuando el número de cargas externas es igual al número de cargas inducidas, es decir $|\vec E_{\rm external}|=|\vec E_{\rm induced}|$ .

Ya no se puede llamar al material dieléctrico, sino conductor.

Answer 2

La permitividad del espacio libre determina las líneas de campo eléctrico que atraviesan cualquier espacio del cuerpo. En el caso de los dieléctricos, la permitividad del espacio libre es siempre mayor que la del vacío, según la definición de permitividad del espacio libre, que es la medida de la resistencia al flujo eléctrico.

Como sabes el campo es inversamente proporcional a la permitividad del espacio libre, por lo tanto la explicación anterior explica el fenómeno.

Answer 3

¿Por qué lo haría? Si el dieléctrico produjera un campo opuesto mayor que el del campo externo. El campo externo resultante aparecería en la otra dirección, haciendo que el dieléctrico se voltee. Es como preguntar por qué la resistencia es siempre menor que el empuje.

Answer 4

Piensa en un dieléctrico dentro de un condensador de placas paralelas con una placa positiva y otra negativa. Las cargas negativas dentro del dieléctrico serán atraídas hacia la placa positiva del condensador mientras que las cargas positivas serán atraídas hacia la placa cargada negativamente del condensador, sin embargo estas cargas pueden viajar sólo hasta el interior del dieléctrico, pero si ves ahora el campo eléctrico creado por la configuración de las cargas dentro del dieléctrico se opondrá al campo eléctrico externo establecido por las placas del condensador. Por lo tanto, esta oposición reduce el campo eléctrico dentro del dieléctrico.