Permeabilidad y Permitividad

Permeabilidad

En física se le denomina permeabilidad magnética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de ella campos magnéticos, la cual está dada por la relación entre la inducción magnética existente y la intensidad de campo magnético que aparece en el interior de dicho material.
La magnitud así definida, el grado de magnetización (magnetización no permanente) de un material en respuesta a un campo magnético, se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo μ:

${\displaystyle \mu ={\frac {B}{H}},}$

donde B es la inducción magnética (también llamada densidad de flujo magnético) en el material, y H es intensidad de campo magnético.

Permeabilidad magnética del vacío

La permeabilidad del vacío, conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo μ₀ y en unidades SI se define como:

${\displaystyle \mu _{0}=4\pi \times 10^{-7}NA^{-2}}$

La permitividad eléctrica - que aparece en la ley de Coulomb - y la constante magnética del vacío están relacionadas por la fórmula:

${\displaystyle \varepsilon _{0}\mu _{0}={\frac {1}{{c_{0}}^{2}}}}$

donde ${\displaystyle c_{0}}$ representa la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío, comúnmente denominada velocidad de la luz en el espacio vacío.

Permeabilidad relativa, comparación entre materiales

Para comparar entre sí los materiales, se entiende la permeabilidad magnética absoluta (${\displaystyle \mu }$) como el producto entre la permeabilidad magnética relativa (${\displaystyle \mu _{r}}$) y la permeabilidad magnética de vacío (${\displaystyle \mu _{0}}$):
${\displaystyle \mu =\mu _{r}\mu _{0}}$
Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en:

• ferromagnéticos, cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1.
• paramagnéticos o no magnéticos, cuya permeabilidad relativa es aproximadamente 1 (se comportan como el vacío).
• diamagnéticos, de permeabilidad magnética relativa inferior a 1.

 Permitividad

La permitividad (llamada también constante dieléctrica) es una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio. La permitividad del vacío ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ es 8,8541878176x10^-12 C² / Nm².
La permitividad está determinada por la tendencia de un material a polarizarse ante la aplicación de un campo eléctrico y de esa forma anular parcialmente el campo interno del material. Está directamente relacionada con la susceptibilidad eléctrica. Por ejemplo, en un condensador una alta permitividad hace que la misma cantidad de carga eléctrica se almacene con un campo eléctrico menor y, por ende, a un potencial menor, llevando a una mayor capacidad del mismo.
En electromagnetismo se define el campo de desplazamiento eléctrico D, como el campo eléctrico E multiplicado por la permitividad eléctrica del medio. De este modo el D sólo es inducido por las cargas libres y no por la cargas dipolares. La relación de ambos campos (para medios lineales) con la permitividad es

${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \cdot \mathbf {E} }$

donde ε es un escalar si el medio es isótropo o un tensor de segundo orden en otros casos.
La permitividad, tomada en función de la frecuencia, puede tomar valores reales o complejos. Generalmente no es una constante ya que puede variar con la posición en el medio, la frecuencia del campo aplicado, la humedad o la temperatura, entre otros parámetros. En un medio no lineal, la permitividad puede depender de la magnitud del campo eléctrico.
La unidad de medida en el SI es el faradio por metro (F/m). D se mide en culombios por metro cuadrado (C/m²), mientras que E se mide en voltios por metro (V/m).
D y E representan el mismo fenómeno, la interacción entre objetos cargados. D está relacionado con las densidades de carga asociada a esta interacción. E se relaciona con las fuerzas y diferencias de potencial involucradas. La permitividad del vacío ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$, es el factor de escala que relaciona los valores de D y E en ese medio. ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ es igual a 8.8541878176...×10^-12 F/m.

Permitividad del vacío

La permitividad del vacío ${\displaystyle \varepsilon _{0}}$ es el cociente de los campos D/E en ese medio. También aparece en la ley de Coulomb como parte de la constante de fuerza de Coulomb, ${\displaystyle {\tfrac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}}$, que expresa la atracción entre dos cargas unitarias en el vacío.

${\displaystyle \varepsilon _{0}={\frac {1}{c^{2}\mu _{0}}}={\frac {625000}{22468879468420441\pi }}\,{\frac {\mathrm {F} }{\mathrm {m} }}=8.8541878176\ldots \times 10^{-12}\ \mathrm {F/m} ,}$

donde ${\displaystyle c}$ es la velocidad de la luz y ${\displaystyle \mu _{0}}$ es la permeabilidad magnética del vacío. Estas tres constantes están totalmente definidas en unidades del SI.

Permitividades absoluta y relativa

La permitividad de un material se da normalmente en relación con la del vacío, denominándose permitividad relativa, ${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ (también llamada constante dieléctrica en algunos casos). La permitividad absoluta se calcula multiplicando la permitividad relativa por la del vacío:

${\displaystyle \varepsilon =\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}=(1+\chi _{e})\varepsilon _{0}}$

donde ${\displaystyle \,\chi _{e}}$ es la susceptibilidad eléctrica del material. En la siguiente tabla se muestran las permitividades relativas de algunos dieléctricos: