'n Diëlektrikum is 'n isolator wat die twee plate of velle van die geleier op die kapasitor skei. Isolators is materiale wat nie die elektriese stroom kan gelei nie, byvoorbeeld plastiek, glas, papier of hout. Die diëlektriese funksie is om die kapasitansie te verhoog sodat die kapasitor meer elektriese lading en die elektriese potensiële energie kan stoor.
'n Kapasitor kan funksioneer as beide geleierplate nie aan mekaar raak nie sodat die elektriese lading nie van een geleier na 'n ander beweeg nie. Net so, sodat die elektriese lading nie van die geleier na die lug beweeg nie, moet die spasie tussen die twee geleiers 'n vakuum wees. In die onderwerp oor die parallelle plaat is die kapasitansie van parallelle plaatkondensators wat deur 'n vakuum geskei word, bespreek. Die kapasitansie van die kapasitor in 'n vakuum het beperkings, sodat om die kapasitansie te vergroot, die diëlektrikum tussen die twee plate geplaas moet word.
Die diëlektrikum verhoog die kapasitansie omdat die elektriese potensiaal tussen die twee geleierplate afneem.
Waarom word die kapasitansie van die kapasitor verhoog nadat die diëlektrikum tussen die twee plate of velle geplaas is? Om die antwoord op hierdie vraag te vind, onthou eers die les oor die elektriese lading. Gelyksoortige elektriese ladings stoot mekaar af, terwyl verskillende elektriese ladings mekaar aantrek. Byvoorbeeld, 'n positiewe lading trek 'n negatiewe lading aan, maar stoot 'n positiewe lading af. Waarom kan negatief gelaaide plastiek dan klein stukkies papier aantrek wat nie elektries gelaai is nie? Dit gebeur omdat die stuk papier ladingpolarisasie ervaar.
Elektrone in isolerende materiale soos papier kan nie vrylik beweeg as elektrone in die geleiermateriale nie. Dus, wanneer die negatief gelaaide plastiek naby die stuk papier gebring word, word die elektrone wat aan die atoom gebind is, weg van die negatief gelaaide plastiek verwerp. Sodoende vind daar die polarisasie van die negatiewe lading en positiewe lading op die papier plaas. Die negatiewe lading op papier is verder weg van plastiek, terwyl die positiewe lading op papier 'n afstand nader aan plastiek het. Dan trek die negatiewe lading op die plastiek die positiewe lading op die stuk papier totdat die papier nader aan die plastiek beweeg.
Die polarisasieproses van lading wat op stukkies papier plaasvind, is soortgelyk aan die polarisasie van lading wat in die diëlektrikum plaasvind. Soos byvoorbeeld in die figuur aan die linkerkant getoon, was daar aanvanklik slegs twee stukke elektries gelaaide geleiers. Die linkerplaat is positief gelaai terwyl die regterplaat negatief gelaai is sodat die rigting van die elektriese veld van links na regs is.
Nadat die diëlektrikum tussen die twee geleierplate geplaas is, trek die positiewe lading op die linkerplaat die elektrone op die nabygeleë diëlektriese oppervlak. Boonop stoot die negatiewe lading op die regterplaat die elektrone op die nabygeleë diëlektriese oppervlak af. Die elektrone in die diëlektrikum, wat 'n isolator is, is nie vry om te beweeg soos elektrone in 'n geleier nie. Daarom bly elektrone aan die atoom gebind, maar daar is 'n polarisasie van negatief gelaaide elektrone en positief gelaaide protone, soos in die figuur getoon.
Die teenwoordigheid van 'n positiewe lading aan die regterkant van die diëlektriese atome en 'n negatiewe lading aan die linkerkant van die diëlektriese atome gee aanleiding tot 'n elektriese veld. Dit is van regs na links, wat die elektriese veld wat gegenereer word deur die elektriese lading op die geleierplaat, wat van links na regs is, verswak. Dus neem die elektriese veld nie af omdat die elektriese lading op die twee plate/velle van die geleier afneem nie, maar omdat die elektriese veld in die teenoorgestelde rigting in die diëlektrikum verskyn. As die diëlektrikum vrygestel word, is die elektriese veldsterkte wat gegenereer word deur die elektriese lading op die twee plate of velle van die geleier terug na normaal.
If
Die elektriese veldsterkte wat deur die elektriese lading op beide geleierplate gegenereer word, word verminder, en die elektriese potensiaal tussen die twee geleierplate word ook verminder. Omdat die elektriese veld direk eweredig is aan die elektriese potensiaal soos aangedui in vergelyking E = V / d, waar E = elektriese veld, V = elektriese potensiaal en d = afstand tussen die twee plate. As daar voorheen 'n elektriese potensiaal na die diëlektrikum is, is Vo, dan word die elektriese potensiaal na die diëlektrikum verminder tot V met die faktor K.
Wiskundig is Vo = KV of V = Vo / K of K = Vo / V, waar K = diëlektriese konstante. Vo > V sodat K > 1.
Let asseblief daarop dat die hoeveelheid elektriese lading op beide plate of velle geleiers nie verander nie, sodat die hoeveelheid finale lading gelyk is aan die hoeveelheid aanvanklike lading (Q = Qo). Die verandering in kapasitansie van die kapasitor word op die volgende manier bereken:
C = finale kapasitansie, Co = aanvanklike kapasitansie, Q = finale lading, Qo = aanvanklike lading, V = finale potensiaal, Vo = aanvanklike potensiaal, K = diëlektriese konstante
Gebaseer op die bostaande vergelyking, word die gevolgtrekking gemaak dat die aanvanklike kapasitansie (Co) kleiner is terwyl die finale kapasitansie (C) groter is. Kapasitansie neem toe met 'n faktor K, waar K die diëlektriese konstante is. Die waarde van die diëlektriese konstante van elke isolerende materiaal wissel. Die diëlektriese konstante (K) is die resultaat van die verhouding van die kapasitansie van die kapasitor wanneer 'n diëlektrikum gebruik word, tot die kapasitansie van die kapasitor wanneer 'n diëlektrikum nie gebruik word nie.
Die diëlektriese kapasitansie neem toe omdat die afstand tussen die twee geleierplate afneem
Nog 'n diëlektriese funksie is om die afstand (d) tussen die twee geleierplate te verminder. Sodat die elektriese veld (E) en die elektriese spanning (V) tussen die twee plate of velle geleiers toeneem, soos aangedui deur die vergelyking E = V / d. As die elektriese veld en die elektriese spanning tussen die twee plate of velle toeneem, neem die kapasitansie van die kapasitor toe.
Indien die betrokke kapasitors parallel is, word die kapasitansie bereken met behulp van die volgende formule:
Gebaseer op die twee formules hierbo, kan die gevolgtrekking gemaak word dat die kapasitansie (C) van die parallelle plaatkondensators vergroot kan word deur die afstand tussen die twee plate of geleiervelle (d) te verminder.
Die diëlektriese kapasitansie neem toe omdat die kapasitansie van die kapasitor toeneem
Die diëlektrikum is gemaak van isolerende materiaal wat, as dit in 'n sterk elektriese veld is, beskadig sal word. Diëlektriese skade vind plaas wanneer die elektriese veld so sterk is dat dit elektrone van die atoom kan afskuif, dan tref die elektrone elektrone op ander atome sodat die vloei van elektrone in die diëlektrikum plaasvind. Met ander woorde, diëlektriese skade veroorsaak dat die diëlektrikum, wat 'n elektriese isolator is, in 'n elektriese geleier verander.
Om skade te voorkom, het elke diëlektrikum wat van 'n sekere isolerende materiaal gemaak is, 'n maksimum elektriese veldwaarde wat gehou kan word, genaamd diëlektriese sterkte. Die diëlektriese sterkte van die isolerende materiaal is groter as die diëlektriese sterkte van die lug en elke isolerende materiaal het 'n ander diëlektriese sterkte, sommige is klein en sommige is groot. Dus, as 'n diëlektrikum met 'n groot diëlektriese sterkte gebruik word, is die elektriese veld wat gehou kan word groter en die spanning wat gehou kan word, is ook groter. As die elektriese veld en die elektriese spanning wat deur die twee plate of velle van die geleier gegenereer word, groter is, hoe groter is die hoeveelheid elektriese lading wat deur die geleierplaat geakkommodeer kan word. Hoe meer lading daar binne-in die geleierplaat is, hoe groter is die kapasitansie van die kapasitor.
