dielektrisk

Et dielektrikum (flertals: dielektrisk) er et elektrisk svagt eller ikke-ledende stof, hvor de tilstedeværende ladningsbærere ikke kan bevæge sig frit. Et dielektrikum kan være en gas, en væske eller et fast stof. ^[1] Udtrykket dielektrisk bruges især, hvis der er et elektrisk felt i det pågældende rumområde (fra græsk dia-: "igennem", dvs. feltet går gennem materialet).

Feltstørrelserne for dielektrikum er den elektriske feltstyrke $E.$ ${\ displaystyle E}$ $E.$ og den elektriske fluxdensitet $D.$ ${\ displaystyle D}$ $D.$ . De er i det elektrostatiske , det vil sige tidskonstant, og i et isotropisk medium på grund af permittiviteten $\varepsilon$ ${\ displaystyle \ varepsilon}$ $\ varepsilon$ forbundet via følgende forhold:

{\vec {D}}=\varepsilon {\vec {E}}.

{\ displaystyle {\ vec {D}} = \ varepsilon {\ vec {E}}.}

{\ displaystyle {\ vec {D}} = \ varepsilon {\ vec {E}}.}

Permittiviteten er produktet af den elektriske feltkonstant $\varepsilon _{0}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}$ $\ varepsilon _ {0}$ og den materialespecifikke,dimensionsløse relative permittivitet $\varepsilon _{r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ $\ varepsilon _ {r}$ :

\varepsilon =\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}.

{\ displaystyle \ varepsilon = \ varepsilon _ {0} \ varepsilon _ {r}.}

{\ displaystyle \ varepsilon = \ varepsilon _ {0} \ varepsilon _ {r}.}

Brug af udtrykket

Isolatorer såsom isoleringsmaterialet mellem kondensatorplader , koaksialkabler og lignende kaldes dielektri. Antenner kan også have funktionsbestemmende dielektriske komponenter.

Væsken i en elektrisk afladningsmaskine , som forhindrer elektrodegnisterne i at blive for lang, er også kendt som et dielektrikum.

Isolerende materialer, der kun tjener til elektrisk at isolere ledende dele fra hinanden, betegnes normalt ikke som dielektrik, selvom deres dielektriske egenskaber kan være afgørende for deres funktion.

Polarisering af et dielektrikum

Atomkernen (positivt tyngdepunkt) tegnes af et eksternt felt til venstre for det negative ladningscenter (elektronskal)

Da ladningsbærerne ikke kan bevæge sig frit i et dielektrikum, polariseres de af et eksternt elektrisk felt. Der skelnes mellem to typer polarisering:

Deplacement polarisering

I tilfælde af forskydningspolarisering induceres elektriske dipoler , dvs. dipoler dannes ved små ladningsforskydninger i atomer eller molekyler eller mellem forskelligt ladede ioner. I et vekslende felt "svinger" den negative elektronskal og den positive atomkerne frem og tilbage i modsatte retninger. Atomkernens bevægelse kan negligeres på grund af dens betydeligt større masse (masseforhold mellem proton og elektron ≈ 1836) sammenlignet med elektronskalens bevægelse. Derfor anses atomkernen for at være stationær. Størrelsen af det inducerede dipolmoment er derfor kun afhængig af afbøjningen af elektronskallen. Der genereres ingen termisk energi med disse vibrationer. Effekten kan beskrives ved hjælp af Clausius-Mossotti-ligningen .

Orienteringspolarisering

Med orienteringspolarisering er uordnede, permanente dipoler af en isolator i det elektriske felt justeret mod deres termiske bevægelse . I et vekslende felt skal molekylerne konstant orientere sig, hvorved energi fra feltet omdannes til varme ( mikrobølgeovn ). Effekten kan beskrives med Debye -ligningen .

Dielektri i kondensatorer

Kapaciteten $C.$ ${\ displaystyle C}$ $C.$ af en kondensator afhænger i det væsentlige af det anvendte dielektrikum og dets relative permittivitet $\varepsilon _{r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ $\ varepsilon _ {r}$ , elektrodeområdet A og afstanden $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ af elektroderne fra hinanden.

Følgende gælder for en pladekondensator:

C=\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}\cdot {A \over d}

{\ displaystyle C = \ varepsilon _ {r} \ varepsilon _ {0} \ cdot {A \ over d}}

C = \ varepsilon_r \ varepsilon_0 \ cdot {A \ over d}

Jo højere relativ permittivitet $\varepsilon _{r}$ ${\ displaystyle \ varepsilon _ {r}}$ $\ varepsilon _ {r}$ er, jo mere energi kan lagres i det elektriske felt mellem pladerne på en kondensator . Den relative permittivitet af det valgte isoleringsmateriale angiver, hvor mange gange en kondensators kapacitans stiger i forhold til vakuum (eller luft) som et isolerende materiale.

En anden vigtig parameter for et dielektrikum i kondensatorer og kabler er dets dielektriske styrke, dvs. den spænding, ved hvilken dielektrikumet mister sine isoleringsegenskaber , og der opstår lysbue mellem kondensatorforingerne eller kabelkernerne.

Afhængig af applikationen spiller den dielektriske tabsfaktor også en rolle i kondensator dielektrik. I tilfælde af vekselstrøm fører det til opvarmning af kondensatoren. Den udtalte dielektriske absorption af nogle materialer kan føre til en delvis opladning af en kondensator efter en fuldstændig afladning ved kortslutning.

Dielektri i kabler, højfrekvente og højspændingskomponenter

Isoleringsmaterialet mellem lederne af et kabel (især højfrekvente og koaksialkabler ) omtales også som dielektrisk , hvilket i det væsentlige bestemmer dets linjeimpedans og frekvensafhængige dæmpning pr. Længde (normalt angivet i decibel [dB] eller neper [Np ] pr. km).

Dielektriske antenner, resonatorer og dielektriske bølgeledere bruges i højfrekvent teknologi og overholder de samme refraktionslove som i optik eller fiberoptiske kabler .

Typiske materialer til dielektri i højfrekvente applikationer er polyethylen , PTFE , keramik (f.eks. Steatit , aluminiumoxid ), glimmer eller luft. Dielektri til højfrekvente applikationer skal generelt have særlig lave dielektriske tabsfaktorer .

Det samme gælder højspændingskomponenter som kabler eller transformere . Den dielektriske består primært af olie-gennemblødt papir isolering mellem kabellederen og skjold eller mellem transformer viklinger . De komponenters dielektriske egenskaber giver information om isoleringens kvalitet.

Se også

High-k dielektrisk

Weblinks

Wiktionary: Dielectric - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser

Video: dielektrisk i kondensatoren . Institute for Scientific Film (IWF) 2004, stillet til rådighed af Technical Information Library (TIB), doi : 10.3203 / IWF / C-14819 .

Individuelle beviser

^ Arthur von Hippel, redaktør: Dielektriske materialer og applikationer . Artech House, London, 1954, ISBN 0-89006-805-4 .

[1] Arthur von Hippel, redaktør: Dielektriske materialer og applikationer . Artech House, London, 1954, ISBN 0-89006-805-4 .

[1]