Un dielettricu hè un isolante chì separa e duie piastre o fogli di u cunduttore nantu à u condensatore. L'isolanti sò materiali chì ùn ponu micca cunduce a corrente elettrica, per esempiu, plastica, vetru, carta o legnu. A funzione dielettrica hè di aumentà a capacità in modu chì u condensatore possi almacenà più carica elettrica è l'energia potenziale elettrica.
Un condensatore pò funziunà s'è e duie piastre cunduttori ùn si toccanu micca, affinchì a carica elettrica ùn si mova micca da un cunduttore à l'altru. In listessu modu, affinchì a carica elettrica ùn si mova micca da u cunduttore à l'aria, u spaziu trà i dui cunduttori deve esse un vacuum. In u tema di a piastra parallela, hè stata discussa a capacità di i condensatori à piastre parallele chì sò separati da un vacuum. A capacità di u condensatore in un vacuum hà limitazioni, dunque per aumentà a capacità, si mette u dielettricu trà e duie piastre.
U dielettricu aumenta a capacità perchè u putenziale elettricu trà e duie piastre cunduttori diminuisce
Perchè a capacità di u condensatore aumenta dopu chì u dielettricu hè piazzatu trà e duie piastre o fogli? Per truvà a risposta à sta quistione, prima, ricordatevi di a lezziò nantu à a carica elettrica. E cariche elettriche cum'è si respinghjenu, mentre chì e cariche elettriche à u cuntrariu si attraenu. Per esempiu, una carica pusitiva attrae una carica negativa ma respinge una carica pusitiva. Allora perchè i plastichi carichi negativamente ponu attirà picculi pezzi di carta chì ùn sò micca carichi elettricamente? Questu accade perchè u pezzu di carta sperimenta a polarizazione di carica.
L'elettroni in i materiali isolanti cum'è a carta ùn ponu micca spustassi liberamente cum'è l'elettroni in i materiali cunduttori. Cusì, quandu a plastica carica negativamente hè avvicinata à u pezzu di carta, l'elettroni chì sò ligati à l'atomu sò rigettati luntanu da a plastica carica negativamente. Cusì ci hè a polarizazione di a carica negativa è a carica pusitiva nantu à a carta. A carica negativa nantu à a carta hè più luntana da a plastica, mentre chì a carica pusitiva nantu à a carta hà una distanza più vicina à a plastica. Dopu, a carica negativa nantu à a plastica tira a carica pusitiva nantu à u pezzu di carta finu à chì a carta si avvicina à a plastica.
U prucessu di polarizazione di a carica chì si faci nantu à i pezzi di carta hè simile à a polarizazione di a carica chì si faci in u dielettricu. Cum'è mostratu in a figura à manca, per esempiu, à u principiu, ci eranu solu dui pezzi di cunduttori carichi elettricamente. A piastra sinistra hè caricata pusitivamente mentre a piastra destra hè caricata negativamente in modu chì a direzzione di u campu elettricu sia da manca à diritta.
Dopu chì u dielettricu hè statu piazzatu trà e duie piastre cunduttori, a carica pusitiva nantu à a piastra manca tira l'elettroni nantu à a superficia dielettrica vicina. Inoltre, a carica negativa nantu à a piastra diritta respinge l'elettroni nantu à a superficia dielettrica vicina. L'elettroni in u dielettricu, chì hè un isolante, ùn sò micca liberi di spustassi cum'è l'elettroni in un cunduttore. Dunque, l'elettroni restanu ligati à l'atomu, ma ci hè una polarizazione di l'elettroni carichi negativamente è di i protoni carichi pusitivamente, cum'è mostratu in a figura.
A prisenza di una carica pusitiva à u latu drittu di l'atomi dielettrichi è di una carica negativa à u latu sinistro di l'atomi dielettrichi dà nascita à un campu elettricu. Chì hè da diritta à manca, chì indebulisce u campu elettricu generatu da a carica elettrica nantu à a piastra conduttrice, chì hè da manca à diritta. Cusì, u campu elettricu diminuisce micca perchè a carica elettrica nantu à e duie piastre/fogli di u cunduttore diminuisce, ma perchè u campu elettricu appare in u dielettricu in a direzzione opposta. Sè u dielettricu hè liberatu, l'intensità di u campu elettricu generatu da a carica elettrica nantu à e duie piastre o fogli di u cunduttore torna à a nurmalità.
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A forza di u campu elettricu generatu da a carica elettrica nantu à e duie piastre cunduttori hè ridutta, u putenziale elettricu trà e duie piastre cunduttori hè ancu riduttu. Siccomu u campu elettricu hè direttamente proporzionale à u putenziale elettricu cum'è dichjaratu in l'equazione E = V / d, induve E = campu elettricu, V = putenziale elettricu è d = distanza trà e duie piastre. Sè prima ci hè un putenziale elettricu à u dielettricu hè Vo tandu dopu à u dielettricu, u putenziale elettricu hè riduttu à V da u fattore K.
Matematicamente, Vo = KV o V = Vo / K o K = Vo / V, induve K = costante dielettrica. Vo > V cusì chì K > 1.
Attenti, a quantità di carica elettrica nantu à e duie piastre o fogli di cunduttori ùn cambia micca, dunque a quantità di carica finale hè uguale à a quantità di carica iniziale (Q = Qo). U cambiamentu di capacità di u condensatore hè calculatu in u modu seguente:
C = capacità finale, Co = capacità iniziale, Q = carica finale, Qo = carica iniziale, V = putenziale finale, Vo = putenziale iniziale, K = costante dielettrica
Basatu annantu à l'equazione sopra, si cunclude chì a capacità iniziale (Co) hè più chjuca mentre a capacità finale (C) hè più grande. A capacità aumenta di un fattore di K, induve K hè a costante dielettrica. U valore di a costante dielettrica di ogni materiale isolante varia. A costante dielettrica (K) hè u risultatu di u rapportu trà a capacità di u condensatore quandu si usa un dielettricu, è a capacità di u condensatore quandu ùn si usa micca un dielettricu.
A capacità dielettrica aumenta perchè a distanza trà e duie piastre cunduttori diminuisce
Un'altra funzione dielettrica hè di riduce a distanza (d) trà e duie piastre cunduttori. In modu chì u campu elettricu (E) è a tensione elettrica (V) trà e duie piastre o fogli di cunduttori aumentanu, cum'è dichjaratu da l'equazione E = V / d. Se u campu elettricu è a tensione elettrica trà e duie piastre o fogli aumentanu, allora a capacità di u condensatore aumenta.
Sè i condensatori in quistione sò paralleli, a capacità hè calculata cù a seguente formula:
Basatu annantu à e duie formule sopra, si pò cunclude chì a capacità (C) di i condensatori à piastre parallele pò esse ingrandita riducendu a distanza trà e duie piastre o fogli cunduttori (d).
A capacità dielettrica aumenta perchè a capacità di u condensatore aumenta
U dielettricu hè fattu di materiale isolante chì, s'ellu hè in un campu elettricu forte, serà dannighjatu. U dannu dielettricu si verifica quandu u campu elettricu hè cusì forte ch'ellu pò spustà l'elettroni fora di l'atomu, tandu l'elettroni scontranu l'elettroni nantu à altri atomi in modu chì si faci u flussu di elettroni in u dielettricu. In altre parolle, u dannu dielettricu face chì u dielettricu chì hè un isolante elettricu si trasformi in un cunduttore elettricu.
Per evità danni, ogni dielettricu fattu da un certu materiale isolante hà un valore massimu di campu elettricu chì pò esse mantenutu, chjamatu resistenza dielettrica. A resistenza dielettrica di u materiale isolante hè più grande di a resistenza dielettrica di l'aria è ogni materiale isolante hà una resistenza dielettrica diversa, alcuni sò chjuchi è altri sò grandi. Dunque, se si usa un dielettricu chì hà una grande resistenza dielettrica, u campu elettricu chì pò esse mantenutu hè più grande è a tensione chì pò esse mantenuta hè ancu più grande. Se u campu elettricu è a tensione elettrica generata da e duie piastre o fogli di u cunduttore sò più grandi, più grande hè a quantità di carica elettrica chì pò esse allughjata da a piastra conduttrice. Più carica ci hè in l'internu di a piastra conduttrice, più grande hè a capacità di u condensatore.
