Dielektrik je izolator koji odvaja dvije ploče ili slojeve provodnika na kondenzatoru. Izolatori su materijali koji ne mogu provoditi električnu struju, na primjer, plastika, staklo, papir ili drvo. Dielektrična funkcija je povećanje kapacitivnosti kako bi kondenzator mogao pohraniti više električnog naboja i električne potencijalne energije.
Kondenzator može funkcionirati ako se obje provodne ploče ne dodiruju , tako da se električni naboj ne pomiče s jednog provodnika na drugi. Slično tome, da se električni naboj ne bi pomicao iz provodnika u zrak, prostor između dva provodnika mora biti vakuum. U temi o paralelnim pločama, raspravljalo se o kapacitetu paralelnih pločastih kondenzatora koji su odvojeni vakuumom. Kapacitet kondenzatora u vakuumu ima ograničenja, tako da se za povećanje kapaciteta dielektrik postavlja između dvije ploče.
Dielektrik povećava kapacitet jer se električni potencijal između dvije provodne ploče smanjuje
Zašto se kapacitet kondenzatora povećava nakon što se dielektrik postavi između dvije ploče ili slojeva? Da bismo saznali odgovor na ovo pitanje, prvo se sjetimo lekcije o električnom naboju. Ista električna naboja se međusobno odbijaju, dok se različita električna naboja privlače. Na primjer, pozitivno naboje privlače negativno naboje, ali odbijaju pozitivno naboje. Zašto onda negativno nabijena plastika može privući male komadiće papira koji nisu električno nabijeni? To se događa zato što komad papira doživljava polarizaciju naboja.
Elektroni u izolacijskim materijalima poput papira ne mogu se slobodno kretati kao elektroni u provodnim materijalima. Dakle, kada se negativno nabijena plastika približi komadu papira, elektroni koji su vezani za atom se odbijaju od negativno nabijene plastike. Tako dolazi do polarizacije negativnog i pozitivnog naboja na papiru. Negativni naboj na papiru je dalje od plastike, dok je pozitivni naboj na papiru na udaljenosti bližoj plastici. Zatim, negativni naboj na plastici povlači pozitivni naboj na komadu papira sve dok se papir ne približi plastici.
Proces polarizacije naboja koji se javlja na komadima papira sličan je polarizaciji naboja koja se javlja u dielektriku. Kao što je prikazano na slici s lijeve strane, na primjer, u početku su postojala samo dva komada električno nabijenih provodnika. Lijeva ploča je pozitivno nabijena, dok je desna ploča negativno nabijena, tako da je smjer električnog polja s lijeva na desno.
Nakon što se dielektrik postavi između dvije provodne ploče, pozitivno naelektrisanje na lijevoj ploči privlači elektrone na obližnjoj dielektričnoj površini. Također, negativno naelektrisanje na desnoj ploči odbija elektrone na obližnjoj dielektričnoj površini. Elektroni u dielektriku, koji je izolator, ne mogu se slobodno kretati kao elektroni u provodniku. Stoga, elektroni ostaju vezani za atom, ali postoji polarizacija negativno naelektrisanih elektrona i pozitivno naelektrisanih protona, kao što je prikazano na slici.
Prisustvo pozitivnog naboja na desnoj strani dielektričnih atoma i negativnog naboja na lijevoj strani dielektričnih atoma dovodi do električnog polja. Koje se kreće s desna na lijevo, slabi električno polje generirano električnim nabojem na provodnoj ploči, koje se kreće s lijeva na desno. Dakle, električno polje se smanjuje ne zato što se smanjuje električni naboj na dvije ploče/lista provodnika, već zato što se električno polje pojavljuje u dielektriku u suprotnom smjeru. Ako se dielektrik oslobodi, jačina električnog polja generirana električnim nabojem na dvije ploče ili limovi provodnika vraća se u normalu.
If
Kako se smanjuje jačina električnog polja generiranog električnim nabojem na obje provodne ploče, smanjuje se i električni potencijal između dvije provodne ploče. Budući da je električno polje direktno proporcionalno električnom potencijalu, kao što je navedeno u jednačini E = V / d, gdje je E = električno polje, V = električni potencijal i d = udaljenost između dvije ploče. Ako je prije dielektrika električni potencijal Vo, tada se nakon dielektrika električni potencijal smanjuje na V za faktor K.
Matematički, Vo = KV ili V = Vo / K ili K = Vo / V, gdje je K = dielektrična konstanta. Vo > V tako da je K > 1.
Molimo vas da imate na umu da se količina električnog naboja na obje ploče ili slojeve provodnika ne mijenja, tako da je količina konačnog naboja jednaka količini početnog naboja (Q = Qo). Promjena kapacitivnosti kondenzatora izračunava se na sljedeći način:
C = konačni kapacitet, Co = početni kapacitet, Q = konačno naelektrisanje, Qo = početno naelektrisanje, V = konačni potencijal, Vo = početni potencijal, K = dielektrična konstanta
Na osnovu gornje jednačine, zaključuje se da je početni kapacitet (Co) manji, dok je konačni kapacitet (C) veći. Kapacitet se povećava za faktor K, gdje je K dielektrična konstanta. Vrijednost dielektrične konstante svakog izolacijskog materijala varira. Dielektrična konstanta (K) je rezultat odnosa kapaciteta kondenzatora kada se koristi dielektrik i kapaciteta kondenzatora kada se dielektrik ne koristi.
Dielektrični kapacitet se povećava jer se smanjuje udaljenost između dvije provodne ploče
Druga dielektrična funkcija je smanjenje udaljenosti (d) između dvije provodne ploče. Tako se električno polje (E) i električni napon (V) između dvije ploče ili slojeva provodnika povećavaju, kao što je navedeno u jednačini E = V / d. Ako se električno polje i električni napon između dvije ploče ili slojeva povećavaju, tada se povećava i kapacitet kondenzatora.
Ako su kondenzatori spojeni paralelno, kapacitet se izračunava pomoću sljedeće formule:
Na osnovu dvije gore navedene formule, može se zaključiti da se kapacitet (C) pločastih kondenzatora može povećati smanjenjem udaljenosti između dvije ploče ili provodnih slojeva (d).
Dielektrični kapacitet se povećava jer se kapacitet kondenzatora povećava
Dielektrik je napravljen od izolacijskog materijala koji će, ako se nalazi u jakom električnom polju, biti oštećen. Oštećenje dielektrika nastaje kada je električno polje toliko jako da može pomicati elektrone s atoma, a zatim elektroni udaraju u elektrone na drugim atomima, tako da dolazi do protoka elektrona u dielektriku. Drugim riječima, oštećenje dielektrika uzrokuje da se dielektrik, koji je električni izolator, pretvori u električni provodnik.
Da bi se izbjegla oštećenja, svaki dielektrik napravljen od određenog izolacijskog materijala ima maksimalnu vrijednost električnog polja koju može podnijeti, a koja se naziva dielektrična čvrstoća. Dielektrična čvrstoća izolacijskog materijala je veća od dielektrične čvrstoće zraka, a svaki izolacijski materijal ima različitu dielektričnu čvrstoću, neki su mali, a neki veliki. Dakle, ako se koristi dielektrik koji ima veliku dielektričnu čvrstoću, električno polje koje se može podnijeti je veće, a napon koji se može podnijeti je također veći. Ako su električno polje i električni napon koji generiraju dvije ploče ili slojevi provodnika veći, veća je količina električnog naboja koju provodna ploča može primiti. Što je više naboja unutar provodne ploče, to je veći kapacitet kondenzatora.
