Dielektrikum

A dielektrikum elektromosan szigetelő anyag. Általában bármely szigetelő anyag lehet dielektrikum. A szigetelő elektromos vezetőképessége rossz. Nincsenek benne szabad töltéshordozók, és fajlagos ellenállása nagyobb, mint 10⁸ Ωm. A jelenségkör szorosan összefügg az anyagok elektromos és mágneses energiát tároló képességével. Ennek egyik mennyisége a χ_e elektromos szuszceptibilitás (vagy más néven dielektromos szuszceptibilitás), amely azt méri, hogy a szigetelő mennyire polarizálódik külső elektromos tér hatására. Ez a mennyiség összefüggésben áll azzal is, hogy milyen a fény terjedési sebessége a közegben.

A jó dielektrikum poláros molekulái a külső elektromos tér rákapcsolásakor az erőtér irányába állnak be. Ez a dielektromos polarizáció jelensége, ami növeli a kondenzátor kapacitását.

Alkalmazása

Tipikus alkalmazás, amikor a dielektrikumot a kondenzátorlemezek közé helyezik, ezzel a kondenzátornak megnő az elektromos kapacitása és az átütési feszültsége (a vákuumhoz képest).

Jellemzői

A dielektrikumokra jellemző mennyiségek a permittivitás, a veszteségi szög és az átütési feszültség. Az iparban alkalmazott dielektrikumok nagyon magas átütési feszültségű, nagy szakítószilárdságú, vegyileg stabil, kúszóárammal szemben ellenálló anyagok.

Permittivitás

A síkkondenzátor kapacitása egyenesen arányos a benne levő dielektrikum permittivitásával:

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

ahol C a kapacitás, ε_r a dielektrikum relatív permittivitása, $\varepsilon _0\approx 8,852\cdot 10^{-12}$ a vákuum permittivitása, A a fegyverzetek felülete, és d a fegyverzetek közötti távolság.

Néhány anyag relatív permittivitása:

paraffin	1,9 - 2,2
csillám	4 - 8
üveg	5 - 16
porcelán	6 - 8
speciális kerámiák	~ 100
bárium-titanát	~ 1000
víz	81
etil-alkohol	24
petróleum	2,1
levegő	1,000 59
neoprén	6,7
papír	3,7
kvarc	4,3
stroncium-titanát	300
réz-oxid	18
titán-dioxid	~ 80
CaTiO3	~ 160
(SrBi)TiO3	~ 1000
benzol	~ 2,3
nitrobenzol	37
hidrogén	1,000264
kén-dioxid	1,0099

A levegő relatív permittivitását a legtöbb számításban egynek veszik, mivel maga a számítás sokkal pontatlanabb. A víz kiugróan magas permittivitása a vízmolekula erős polározottságának, és ebből következő nagy dipólusnyomatékának köszönhető.

Veszteségi szög

A dielektromos veszteségi tényezőnek is nevezett veszteségi szög a D dielektrikus eltolás és az E erőtér által bezárt szög. Kiszámítása:

$\mathrm{tg} \delta = \frac{\Im e^*(w)}{\Re e^*(w)},$

ahol e*(w) a komplex permittivitás, és w a váltóáram frekvenciája.

Átütési feszültség

Az átütési feszültség az a feszültség, aminél a dielektrikum vezetővé válik. Az eközben végbement kémiai reakciók miatt a szilárd dielektrikumot ki kell dobni, mivel ez a folyamat visszafordíthatatlan. A folyékony és a gáz halmazállapotú dielektrikumokban az áramlás visszaállítja a szigetelőképességet, bár a kémiai reakciók termékei az anyagban maradnak. Ez a feszültség egyenesen arányos a dielektrikum vastagságával, ezért V/m-ben mérik. Gyakorlati okok miatt azonban inkább a MV/cm mértékegységet használják.

Táblázat a dielektrikumok átütési feszültségéről. Az adatok MV/cm-ben értendők.

paraffin	10
csillám	2,5 - 4,2
üveg	4 - 14
porcelán	1 - 4
speciális kerámiák	0,45
bárium-titanát	> 0,025
víz	3
etil-alkohol
petróleum
levegő	> 0,025 (nyomásfüggő)
neoprén	12
papír	0,5 - 16
kvarc	4 - 6
stroncium-titanát
réz-oxid
titán-dioxid	1 - 2
CaTiO3	~
(SrBi)TiO3	~
benzol	1,6
nitrobenzol	37
hidrogén
kén-dioxid

Források

• Permittivitás
• Kapazität, Dielektrika, Energiespeicherung
• Dielektrikum - Techniklexikon
• Dielektrika im elektrischen Feld
• Elektromaschinenbauer
• Permettivität

Külső hivatkozások

• Elektromágnesség
• Dielektromos gömb elektromos térben
• Ohne Dielektrikum - mit Dielektrikum