Диелектрикът е изолатор, който разделя двете пластини или слоеве на проводника върху кондензатора. Изолаторите са материали, които не могат да провеждат електрически ток, например пластмаса, стъкло, хартия или дърво. Диелектричната функция е да увеличи капацитета, така че кондензаторът да може да съхранява повече електрически заряд и електрическа потенциална енергия.
Кондензаторът може да функционира , ако двете проводящи пластини не се докосват една до друга, така че електрическият заряд да не се премества от един проводник към друг. По същия начин, за да не се премества електрическият заряд от проводника във въздуха, пространството между двата проводника трябва да е вакуум. В темата за паралелните пластини беше обсъден капацитетът на паралелните пластини, които са разделени от вакуум. Капацитетът на кондензатора във вакуум има ограничения, така че за да се увеличи капацитетът, трябва да се постави диелектрик между двете пластини.
Диелектрикът увеличава капацитета, защото електрическият потенциал между двете проводящи пластини намалява
Защо капацитетът на кондензатора се увеличава, след като диелектрикът се постави между двете плочи или листове? За да разберете отговора на този въпрос, първо си спомнете урока за електрическия заряд. Еднообразните електрически заряди се отблъскват, докато различнообразните електрически заряди се привличат. Например, положителният заряд привлича отрицателен заряд, но отблъсква положителен заряд. Тогава защо отрицателно заредените пластмаси могат да привличат малки парчета хартия, които не са електрически заредени? Това се случва, защото листът хартия претърпява поляризация на заряда.
Електроните в изолационните материали като хартията не могат да се движат свободно, както електроните в проводящите материали. Така че, когато отрицателно заредената пластмаса се доближи до листа хартия, електроните, които са свързани с атома, се отблъскват от него. Така се получава поляризация на отрицателния и положителния заряд върху хартията. Отрицателният заряд върху хартията е по-далеч от пластмасата, докато положителният заряд върху хартията е на разстояние по-близо до пластмасата. След това отрицателният заряд върху пластмасата привлича положителния заряд върху листа хартия, докато хартията се приближи до пластмасата.
Процесът на поляризация на заряда, който се случва върху листове хартия, е подобен на поляризацията на заряда, която се случва в диелектрика. Както е показано на фигурата отляво, например, в началото е имало само два електрически заредени проводника. Лявата плоча е положително заредена, докато дясната плоча е отрицателно заредена, така че посоката на електрическото поле е отляво надясно.
След като диелектрикът е поставен между двете проводящи пластини, положителният заряд на лявата пластина привлича електроните от близката диелектрична повърхност. Също така, отрицателният заряд на дясната пластина отблъсква електроните от близката диелектрична повърхност. Електроните в диелектрика, който е изолатор, не могат да се движат свободно като електроните в проводник. Следователно, електроните остават свързани с атома, но има поляризация на отрицателно заредените електрони и положително заредените протони, както е показано на фигурата.
Наличието на положителен заряд от дясната страна на диелектричните атоми и отрицателен заряд от лявата страна на диелектричните атоми поражда електрическо поле. Което е отдясно наляво, което отслабва електрическото поле, генерирано от електрическия заряд върху проводящата плоча, което е отляво надясно. Така електрическото поле намалява не защото електрическият заряд върху двете плочи/листове на проводника намалява, а защото електрическото поле се появява в диелектрика в обратна посока. Ако диелектрикът се освободи, силата на електрическото поле, генерирана от електрическия заряд върху двете плочи или листове на проводника, се връща към нормалното.
If
Когато силата на електрическото поле, генерирана от електрическия заряд върху двете проводящи пластини, се намали, електрическият потенциал между двете проводящи пластини също се намалява. Тъй като електрическото поле е право пропорционално на електрическия потенциал, както е посочено в уравнението E = V / d, където E = електрическо поле, V = електрически потенциал и d = разстояние между двете пластини. Ако преди диелектрика има електрически потенциал Vo, то след диелектрика електрическият потенциал се намалява до V с коефициент K.
Математически, Vo = KV или V = Vo / K или K = Vo / V, където K = диелектрична константа. Vo > V, така че K > 1.
Моля, обърнете внимание, че количеството електрически заряд върху двете пластини или листове проводници не се променя, така че количеството на крайния заряд е равно на количеството на началния заряд (Q = Qo). Промяната в капацитета на кондензатора се изчислява по следния начин:
C = краен капацитет, Co = начален капацитет, Q = краен заряд, Qo = начален заряд, V = краен потенциал, Vo = начален потенциал, K = диелектрична константа
Въз основа на горното уравнение се заключава, че началният капацитет (Co) е по-малък, докато крайният капацитет (C) е по-голям. Капацитетът се увеличава с коефициент K, където K е диелектричната константа. Стойността на диелектричната константа на всеки изолационен материал варира. Диелектричната константа (K) е резултат от съотношението на капацитета на кондензатора, когато се използва диелектрик, към капацитета на кондензатора, когато не се използва диелектрик.
Диелектричният капацитет се увеличава, защото разстоянието между двете проводящи пластини намалява
Друга диелектрична функция е да намали разстоянието (d) между двете проводящи пластини. Така електрическото поле (E) и електрическото напрежение (V) между двете пластини или листове проводници се увеличават, както е посочено в уравнението E = V / d. Ако електрическото поле и електрическото напрежение между двете пластини или листове се увеличат, тогава капацитетът на кондензатора се увеличава.
Ако въпросните кондензатори са свързани паралелно, капацитетът се изчислява по следната формула:
Въз основа на двете горни формули може да се заключи, че капацитетът (C) на кондензаторите с паралелни плочи може да се увеличи чрез намаляване на разстоянието между двете плочи или проводящи слоеве (d).
Диелектричният капацитет се увеличава, защото капацитетът на кондензатора се увеличава
Диелектрикът е направен от изолационен материал, който, ако е в силно електрическо поле, ще се повреди. Диелектричното увреждане възниква, когато електрическото поле е толкова силно, че може да премести електрони от атома, след което електроните удрят електрони на други атоми, така че да се получи поток от електрони в диелектрика. С други думи, диелектричното увреждане кара диелектрика, който е електрически изолатор, да се превърне в електрически проводник.
За да се избегнат повреди, всеки диелектрик, изработен от определен изолационен материал, има максимална стойност на електрическото поле, която може да поеме, наречена диелектрична якост. Диелектричната якост на изолационния материал е по-голяма от диелектричната якост на въздуха и всеки изолационен материал има различна диелектрична якост, някои са малки, а други големи. Така че, ако се използва диелектрик с голяма диелектрична якост, електрическото поле, което може да поеме, е по-голямо и напрежението, което може да поеме, също е по-голямо. Ако електрическото поле и електрическото напрежение, генерирано от двете пластини или листа на проводника, са по-големи, толкова по-голямо количество електрически заряд може да бъде поето от проводящата пластина. Колкото повече заряд има вътре в проводящата пластина, толкова по-голям е капацитетът на кондензатора.
