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Asi como los materiales conductores son muy importantes en la electricidad y en la electrónica, los aislantes o materiales no conductorestienen una importancia igual de elevada.

Principalmente los No Conductores se clasifican en 2 grandes areas:

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Materiales No Conductores Aislantes: Utilizados para construir estructuras físicas que tengan por objeto evitar corrientes de conducción.

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Materiales No Conductores Dieléctricos: Cuya finalidad es la de modificar el valor de un campo eléctrico establecido en una región (por ejemplo en los capacitores).

Definiciones Un aislante eléctrico es un material de conductividad prácticamente nula o muy baja, que idealmente no permite el paso de la corriente. La pequeña corriente que en la practica puede circular a través del mismo, se llama corriente de fuga.

Un dielectrico es, según definición de la A.S.A., un medio que tiene la propiedad de que la energía requerida para establecer en él, un campo eléctrico, es recuperable total o parcialmente como energía eléctrica.

De lo anterior se deduce que las propiedades aislantes y las propiedades dieléctricas (ambas correspondientes a los materiales no conductores) de un medio son distintas. Las propiedades aislantes están vinculadas a las corrientes de conducción, mientras que las propiedades dieléctricas están vinculadas al campo propiamente dicho, y a las corrientes de desplazamiento.

Un ejemplo: El aire es uno de los mejores aislantes sin embargo no es de los mejores dieléctricos, y su rigidez dieléctrica no es muy elevada.

Un medio dieléctrico es un medio en el que puede existir un campo eléctrico (en estado estático). Un medio conductor por el contrario, es un medio en el cual el campo eléctrico (en estado estático) no puede subsistir, es nulo en cualquier punto interior del mismo. Los conductores son pues opacos al campo eléctrico, en cambio los dieléctricos son transparentes al mismo, y de allí su nombre.

Las características principales de los materiales no conductores, que definen su comportamiento eléctrico son:

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Permitividad (Constante dieléctrica).

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Resistividad superficial.

Resistividad interna o volumétrica.

Factor de potencia. Factor de disipación. Rigidez dieléctrica.

Bandas de Energía en Aislantes La mayoría de las sustancia sólidas son aislantes, y en términos de la teoría de bandas de sólidosesto implica, que hay un gran espacio prohibido entre las energías de los electrones de valencia, y la energía a la cual se pueden mover los electrones libremente por el material (la banda de conducción). El vidrio es un material aislante que puede ser transparente a la luz visible, por razones estrechamente relacionadas con su naturaleza como aislante eléctrico. Los fotones de luz visible no tienen suficiente energía cuántica para saltar la Índice banda prohibida, y levantar los electrones hasta un nivel de energía disponible en la banda de Conceptos de conducción. Las propiedades de visibilidad del Semiconductor vidrio también puede dar una idea de los efectos del "dopaje" en las propiedades de los sólidos. Un Semiconductores porcentaje muy pequeño de átomos de impurezas en el vidrio, puede darle color al proporcionarle los en Electrónica niveles específicos de energía disponibles, que absorben ciertos colores de la luz visible. Por ejemplo, el mineral de rubíes (corindón), es un óxido de aluminio con una pequeña cantidad (alrededor de 0,05%) de cromo, el cual le dá su característico color rosado o rojo, por la absorción de la luz verde y azul. Mientras que el dopaje de aislantes puede cambiar drásticamente sus propiedades ópticas, no es suficiente para superar la gran brecha de banda para hacerlos buenos conductores de electricidad. Sin embargo, el dopado de semiconductores tiene un efecto mucho más acentuado en su conductividad eléctrica, y es la base para la electrónica de estado sólido.

Los materiales no conductores están constituidos por átomos con electrones tan fuertemente unidos a los núcleos atómicos que, la aplicación de campos eléctricos, normalmente no provocan migraciones de carga; sin embargo las cargas positivas y negativas (en equilibrio eléctrico) presentes en el material, pueden en presencia de campos eléctricos exteriormente aplicados, desplazarse ligeramente (en escala atómica) rompiéndose el equilibrio eléctrico y haciendo que se presenten dipolos orientados en la dirección del campo eléctrico; dicho desequilibrio desaparece al desaparecer el campo aplicado.

Este proceso de aparición de dipolos orientados recibe el nombre de polarización, y los materiales en los que se presenta el fenómeno son los llamados dieléctricos. Faraday fue el primero en reconocer este fenómeno como polarización dieléctrica.

Los dieléctricos pueden clasificarse en no polares, o de primera especie, y polares o de segunda especie, según que las moléculas sean no polares o polares.

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Son moléculas no polares aquellas en las que, en ausencia de campo externo, coinciden los centros de gravedad de las cargas positivas y las cargas negativas.

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Son moléculas polares aquellas en las que, en ausencia de campo externo, no coinciden los centros de gravedad de las cargas positivas y las cargas negativas, constituyendo dipolos (no orientados) aún sin la presencia de campos eléctricos externos.

Tipos de Polarización Hay varios mecanismos de polarización de los dieléctricos (Fig 1), a saber:

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Polarización electrónica, que consiste en un desplazamiento relativo de la nube de electrones con relación al núcleo atómico. Polarización iónica o atómica, que consiste en un desplazamiento relativo de los átomos que constituyen la molécula. Polarización por orientación, que consiste en una orientación de las moléculas polares bajo la acción del campo aplicado. Polarización por carga de espacio, que es debida a cargas que pueden migrar ciertas distancias dentro del material.

La polarización electrónica y la polarización iónica se engloban bajo el término de polarización por deformación.

La polarización electrónica tiene lugar en los átomos, iones o moléculas; bajo la influencia de un campo eléctrico aplicado, se produce un desplazamiento de la nube electrónica de cada átomo, de modo que el centro de gravedad de las cargas negativas se desplaza una distancia d del núcleo positivo. Este desplazamiento provoca la formación de dipolos (dipolos inducidos), y la polarización del átomo.

La polarización iónica o atómica se presenta en sustancias iónicas con moléculas polares o no polares, las que, como consecuencia del carácter (iónico o covalente) de la unión, tienen átomos con excesos de cargas positivas o negativas (iones) que se desplazan solicitados por el campo exterior.

Fig 1. Fenómeno de Polarización La polarización por orientación se produce solamente en las sustancias cuyas moléculas son polares, es decir que contienen dipolos aún sin la presencia de campo eléctrico exterior. Estos dipolos normalmente distribuidos al azar se orientan en presencia de un campo exterior, con la consiguiente polarización de la sustancia.

La elevación de temperatura, al provocar un aumento del desorden de las moléculas en el espacio, disminuye los efectos de la polarización por orientación, no influenciando a las componentes de polarización por deformación. Aparentemente no todos los átomos o moléculas presentan los tres tipos de polarización descriptos, pero aparentemente todos manifiestan polarización electrónica.

Los tres tipos de polarización analizados, la polarización electrónica αe, la polarización iónica o atómica αa y la polarización por orientación αo, están planteados en substancias no conductoras perfectas. Sin embargo en la estructura de sólidos y líquidos no conductores, existen portadores de carga que pueden migrar ciertas distancias dentro del dieléctrico. Cuando estos portadores no pueden ser libremente descargados o reemplazados en los electrodos, o quedan atrapados en el material y se acumulan en los límites entre las fases de los dieléctricos multifacéticos, crean cargas de espacio y producen como consecuencia una microscópica distorsión del campo.

Esta distorsión aparece exteriormente como un aumento de la polarización, por lo que suele agregarse un cuarto mecanismo de polarización que se la llama por carga de espacio o interfacial caracterizada por la polarización por carga de espacio αs.

Los cuatro mecanismos de polarización mencionados son independientes uno del otro y la polarización total de un material dieléctrico puede escribirse como la suma de los cuatro términos:

α = αe + αa + αo + αs

El resultado neto de la polarización, es la producción de una capa de cargas positivas sobre una de las caras y una capa de cargas negativas sobre la otra cara. El fenómeno de la polarización puede visualizarse como una serie de dipolos orientados bajo la influencia del campo aplicado y formando contracargas en sus extremos opuestos.