Permitividad y Permeabilidad.

Permeabilidad magnética

    

Comparación simple de permeabilidades para: ferromagnetos (μ_f), paramagnetos (μ_p), diamagnetos (μ_d) y el vacío (μ₀).

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.

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.

Explicación

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:

Material	${\displaystyle \varepsilon _{r}}$ (adimensional)
Aceite mineral	2,7
Aceite	2,8
Agua destilada	80
Caucho	de 2,1 a 2,9
Acetona	191
Aire	1,00058986 ± 0.00000050 (en CNPT, para 0,9 MHz),​
Papel	1,5
Papel parafinado	3,7
Parafina	2,1
Cuarzo	4,5
PVC	de 30 a 40
Baquelita	5
Vidrio	de 5,6 a 10
Mica	5,4

La permitividad en los medios

En el caso común de un medio isótropo, D y E son vectores paralelos y ${\displaystyle \varepsilon }$ es un escalar, pero en medios anisótropos, este no es el caso y ${\displaystyle \varepsilon }$ es un tensor de rango 2 (lo que causa birrefringencia). La permitividad eléctrica ${\displaystyle \varepsilon }$ y la permeabilidad magnética ${\displaystyle \mu }$ de un medio determinan la velocidad de fase v de radiación electromagnética dentro del mismo:

${\displaystyle \varepsilon \mu ={\frac {1}{v^{2}}}}$

Cuando un campo eléctrico es aplicado a un medio, una corriente fluye. La corriente total que discurre por un material real está, en general, compuesta de dos partes: una corriente de conducción y una de desplazamiento. La corriente de desplazamiento puede pensarse como la respuesta elástica de un material al campo eléctrico aplicado. Al aumentar la magnitud del campo eléctrico, la corriente de desplazamiento es almacenada en el material, y cuando la intensidad del campo disminuye, el material libera la corriente. El desplazamiento eléctrico se puede separar entre una contribución del vacío y una del material:

${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon _{0}\mathbf {E} +\mathbf {P} =\varepsilon _{0}\mathbf {E} +\varepsilon _{0}\chi \mathbf {E} =\varepsilon _{0}\mathbf {E} \left(1+\chi \right),}$

donde P es la polarización del medio y ${\displaystyle \chi }$ es la susceptibilidad eléctrica. Se deduce que la permitividad relativa y la susceptibilidad de un material están relacionadas, ${\displaystyle \varepsilon _{r}=\chi +1}$.