Дыэлектрык — гэта ізалят, які падзяляе дзве пласціны або лісты правадніка на кандэнсатары. Ізалятары — гэта матэрыялы, якія не могуць праводзіць электрычны ток, напрыклад, пластык, шкло, папера або дрэва. Функцыя дыэлектрыка заключаецца ў павелічэнні ёмістасці, каб кандэнсатар мог назапашваць больш электрычнага зарада і электрычнай патэнцыяльнай энергіі.
Кандэнсатар можа працаваць, калі абадва праваднікі не дакранаюцца адзін да аднаго, каб электрычны зарад не перамяшчаўся з аднаго правадніка ў іншы. Аналагічна, каб электрычны зарад не перамяшчаўся з правадніка ў паветра, прастора паміж двума праваднікамі павінна быць вакуумам. У тэме пра паралельныя пласціны кандэнсатар абмяркоўвалася ёмістасць кандэнсатараў з паралельнымі пласцінамі, падзеленых вакуумам. Ёмістасць кандэнсатара ў вакууме мае абмежаванні, таму для павелічэння ёмістасці паміж двума пласцінамі трэба змясціць дыэлектрык.
Дыэлектрык павялічвае ёмістасць, таму што электрычны патэнцыял паміж двума правадніковымі абкладкамі памяншаецца
Чаму ёмістасць кандэнсатара павялічваецца пасля таго, як дыэлектрык змяшчаюць паміж дзвюма пласцінамі або лістамі? Каб знайсці адказ на гэтае пытанне, спачатку ўспомніце ўрок пра электрычны зарад. Аднатыпныя электрычныя зарады адштурхоўваюцца адзін ад аднаго, а разнатыпныя электрычныя зарады прыцягваюцца адзін да аднаго. Напрыклад, дадатны зарад прыцягвае адмоўны зарад, але адштурхоўвае дадатны зарад. Тады чаму адмоўна зараджаныя пластыкі могуць прыцягваць невялікія кавалачкі паперы, якія не маюць электрычнага зарада? Гэта адбываецца таму, што кавалак паперы падвяргаецца палярызацыі зарада.
Электроны ў ізаляцыйных матэрыялах, такіх як папера, не могуць свабодна рухацца, як электроны ў правадніках. Такім чынам, калі адмоўна зараджаны пластык падносіцца блізка да аркуша паперы, электроны, звязаныя з атамам, адбіваюцца ад адмоўна зараджанага пластыка. У выніку ўзнікае палярызацыя адмоўнага і дадатнага зарада на паперы. Адмоўны зарад на паперы знаходзіцца далей ад пластыка, а дадатны зарад на паперы знаходзіцца бліжэй да пластыка. Затым адмоўны зарад на пластыку прыцягвае дадатны зарад на аркушы паперы, пакуль папера не наблізіцца да пластыка.
Працэс палярызацыі зарада, які адбываецца на аркушах паперы, падобны да палярызацыі зарада, які адбываецца ў дыэлектрыку. Як паказана на малюнку злева, напрыклад, спачатку было толькі два электрычна зараджаныя праваднікі. Левая пласціна зараджана дадатна, а правая — адмоўна, таму кірунак электрычнага поля — злева направа.
Пасля таго, як дыэлектрык змешчаны паміж дзвюма праваднікавымі пласцінамі, дадатны зарад на левай пласціне прыцягвае электроны на бліжэйшай паверхні дыэлектрыка. Акрамя таго, адмоўны зарад на правай пласціне адштурхоўвае электроны на бліжэйшай паверхні дыэлектрыка. Электроны ў дыэлектрыку, які з'яўляецца ізалятарам, не могуць свабодна рухацца, як электроны ў правадніку. Такім чынам, электроны застаюцца звязанымі з атамам, але адбываецца палярызацыя адмоўна зараджаных электронаў і дадатна зараджаных пратонаў, як паказана на малюнку.
Наяўнасць дадатнага зарада справа ад атамаў дыэлектрыка і адмоўнага зарада злева ад атамаў дыэлектрыка прыводзіць да ўзнікнення электрычнага поля. Яно рухаецца справа налева, што аслабляе электрычнае поле, створанае электрычным зарадам на правадніку, якое рухаецца злева направа. Такім чынам, электрычнае поле памяншаецца не таму, што памяншаецца электрычны зарад на дзвюх пласцінах/пласцінах правадніка, а таму, што электрычнае поле ў дыэлектрыку ўзнікае ў процілеглым кірунку. Калі дыэлектрык вызваляецца, напружанасць электрычнага поля, створанага электрычным зарадам на дзвюх пласцінах або пластах правадніка, вяртаецца да нормы.
If
Па меры памяншэння напружанасці электрычнага поля, якая ствараецца электрычным зарадам на абедзвюх правадных пласцінах, электрычны патэнцыял паміж двума праваднымі пласцінамі таксама памяншаецца. Паколькі электрычнае поле прама прапарцыйнае электрычнаму патэнцыялу, як паказана ў раўнанні E = V / d, дзе E = электрычнае поле, V = электрычны патэнцыял і d = адлегласць паміж двума пласцінамі. Калі да дыэлектрыка электрычны патэнцыял роўны Vo, то пасля дыэлектрыка электрычны патэнцыял памяншаецца да V у K.
Матэматычна, Vo = KV або V = Vo / K або K = Vo / V, дзе K = дыэлектрычная пранікальнасць. Vo > V, так што K > 1.
Звярніце ўвагу, што велічыня электрычнага зарада на абедзвюх пласцінах або лістах праваднікоў не змяняецца, таму велічыня канчатковага зарада роўная велічыні пачатковага зарада (Q = Qo). Змяненне ёмістасці кандэнсатара разлічваецца наступным чынам:
C = канчатковая ёмістасць, Co = пачатковая ёмістасць, Q = канчатковы зарад, Qo = пачатковы зарад, V = канчатковы патэнцыял, Vo = пачатковы патэнцыял, K = дыэлектрычная пранікальнасць
Зыходзячы з прыведзенага вышэй ураўнення, робіцца выснова, што пачатковая ёмістасць (Co) меншая, а канчатковая ёмістасць (C) большая. Ёмістасць павялічваецца ў K, дзе K — дыэлектрычная пранікальнасць. Значэнне дыэлектрычнай пранікальнасці кожнага ізаляцыйнага матэрыялу адрозніваецца. Дыэлектрычная пранікальнасць (K) — гэта вынік суадносін ёмістасці кандэнсатара пры выкарыстанні дыэлектрыка да ёмістасці кандэнсатара без выкарыстання дыэлектрыка.
Дыэлектрычная ёмістасць павялічваецца, таму што адлегласць паміж двума правадніковымі абкладкамі памяншаецца
Яшчэ адна дыэлектрычная функцыя заключаецца ў памяншэнні адлегласці (d) паміж двума праваднікавымі абкладкамі. Такім чынам, электрычнае поле (E) і электрычнае напружанне (V) паміж двума праваднікавымі абкладкамі павялічваюцца, як паказана ўраўненнем E = V / d. Калі электрычнае поле і электрычнае напружанне паміж двума абкладкамі павялічваюцца, то ёмістасць кандэнсатара павялічваецца.
Калі кандэнсатары злучаныя паралельна, ёмістасць вылічваецца па наступнай формуле:
Зыходзячы з дзвюх вышэйзгаданых формул, можна зрабіць выснову, што ёмістасць (C) кандэнсатараў з паралельнымі пласцінамі можна павялічыць, паменшыўшы адлегласць паміж двума пласцінамі або праваднікавымі пластамі (d).
Дыэлектрычная ёмістасць павялічваецца, таму што павялічваецца ёмістасць кандэнсатара
Дыэлектрык выраблены з ізаляцыйнага матэрыялу, які, калі ён знаходзіцца ў моцным электрычным полі, пашкоджваецца. Пашкоджанне дыэлектрыка адбываецца, калі электрычнае поле настолькі моцнае, што можа перамяшчаць электроны з атама, а затым электроны сутыкаюцца з электронамі іншых атамаў, у выніку чаго адбываецца паток электронаў у дыэлектрыку. Іншымі словамі, пашкоджанне дыэлектрыка прыводзіць да таго, што дыэлектрык, які з'яўляецца электрычным ізалятарам, ператвараецца ў электрычны праваднік.
Каб пазбегнуць пашкоджанняў, кожны дыэлектрык, выраблены з пэўнага ізаляцыйнага матэрыялу, мае максімальнае значэнне электрычнага поля, якое ён можа ўтрымліваць, якое называецца дыэлектрычнай трываласцю. Дыэлектрычная трываласць ізаляцыйнага матэрыялу большая за дыэлектрычную трываласць паветра, і кожны ізаляцыйны матэрыял мае розную дыэлектрычную трываласць: некаторыя маюць малую, а некаторыя вялікую. Такім чынам, калі выкарыстоўваецца дыэлектрык з вялікай дыэлектрычнай трываласцю, электрычнае поле, якое ён можа ўтрымліваць, большае, і напружанне, якое ён можа ўтрымліваць, таксама большае. Чым больш электрычнага поля і электрычнага напружання, якое ствараецца двума пласцінамі або лістамі правадніка, большыя, тым большы электрычны зарад можа ўтрымліваць правадная пласціна. Чым большы зарад унутры правадной пласціны, тым большая ёмістасць кандэнсатара.
