Dielektrisk

En kondensator kan fungere, hvis de to plader/lederark ikke rører hinanden, så den elektriske ladning ikke bevæger sig fra den ene leder til den anden. Ligeledes skal rummet mellem de to ledere være et vakuum, så den elektriske ladning ikke bevæger sig fra lederen til luften. I artiklen om parallelle pladekondensatorer er kapacitansen af ​​en parallel pladekondensator blevet diskuteret, hvor de to plader er adskilt af et vakuum. Kapacitansen af ​​en kondensator i et vakuum har begrænsninger, så for at øge kapacitansen placeres et dielektrikum mellem de to plader/lederark.

Et dielektrikum er en isolator, der adskiller de to ledende plader i en kondensator. En isolator er et materiale, der ikke kan lede elektricitet, såsom plastik, glas, papir eller træ. Funktionen af ​​et dielektrikum er at øge kapacitansen, hvilket gør det muligt for kondensatoren at lagre en stor mængde elektrisk ladning og potentiel energi.

Dielektriske materialer øger kapacitansen, fordi det elektriske potentiale mellem de to ledende plader reduceres.

Hvorfor øges en kondensators kapacitans, efter at et dielektrikum er placeret mellem de to plader/lederark? For at finde svaret på dette spørgsmål, husk først lektionen om Elektrisk ladningLige elektriske ladninger frastøder hinanden, mens ulig elektriske ladninger tiltrækker hinanden. For eksempel tiltrækker positive ladninger hinanden. Dielektrisk 1med en negativ ladning, men frastødes med en positiv ladning. Hvorfor kan negativt ladet plastik så tiltrække små stykker papir, der ikke er elektrisk ladede? Dette sker, fordi papirstykkerne oplever ladningspolarisering. Elektroner i isolerende materialer som papir kan ikke bevæge sig frit som elektroner i ledende materialer. Så når negativt ladet plastik bringes tæt på papirstykker, frastødes elektronerne, der er bundet til atomerne, væk fra den negativt ladede plastik, hvilket resulterer i polarisering af den negative ladning og den positive ladning på papiret. Den negative ladning på papiret er længere væk fra plastikken, mens den positive ladning på papiret er tættere på plastikken. Desuden tiltrækker den negative ladning på plastikken den positive ladning på papirstykkerne, indtil det lettere papir bevæger sig tættere på plastikken.

Polarisationsprocessen, eller ladningspolariseringen, der forekommer i et stykke papir, ligner den ladningspolarisering, der forekommer i et dielektrikum. Som vist på billedet til venstre, er der for eksempel i starten kun to elektrisk ladede lederplader. Den venstre plade er positivt ladet, mens den højre plade er negativt ladet, så retningen af ​​det elektriske felt er fra venstre mod højre.

Efter at dielektrikumet er placeret mellem de to lederplader, tiltrækker den positive ladning på den venstre plade elektronerne på den nærliggende dielektriske overflade, og den negative ladning på den højre plade frastøder elektronerne på den nærliggende dielektriske overflade. Elektronerne i dielektrikumet, som er en isolator, kan ikke bevæge sig frit som elektronerne i lederen. Derfor forbliver elektronerne bundet til atomerne, men der er en polarisering af de negativt ladede elektroner og de positivt ladede protoner, som vist på billedet. Tilstedeværelsen af ​​en positiv ladning på højre side af de dielektriske atomer og en negativ ladning på venstre side af de dielektriske atomer skaber et elektrisk felt, der er rettet fra højre mod venstre, hvorved det elektriske felt, der genereres af den elektriske ladning på lederpladen, der er rettet fra venstre mod højre, svækkes. Så det elektriske felt falder ikke fordi den elektriske ladning på de to plader/lederark falder, men fordi et elektrisk felt opstår i dielektrikumet, der er i den modsatte retning. Når dielektrikumet fjernes, vender den elektriske feltstyrke, der genereres af den elektriske ladning på de to plader/lederark, tilbage til sin oprindelige tilstand.

Dielektrisk 2Hvis styrken af ​​det elektriske felt, der genereres af den elektriske ladning på de to lederplader, falder, falder det elektriske potentiale mellem de to lederplader også på grund af det elektriske felt.Dielektrisk 3 Elektricitet er direkte proportional med det elektriske potentiale, som angivet i ligningen E = V / d, hvor E = elektrisk felt, V = elektrisk potentiale og d = afstanden mellem de to plader. Hvis der før var et dielektrikum, var det elektriske potentiale Vo Så efter at der er et dielektrikum, reduceres det elektriske potentiale til V med en faktor K. Matematisk set er Vo = KV eller V = Vo / K eller K = Vo / V, hvor K = dielektricitetskonstant. Vo > V, så K > 1.
Det skal bemærkes, at mængden af ​​elektrisk ladning på begge plader/lederark ikke ændrer sig, så den endelige mængde ladning er den samme som den oprindelige mængde ladning (Q = QoÆndringen i kondensatorens kapacitans beregnes ved hjælp af følgende formel:

Dielektrisk 4

Formelbeskrivelse: C = slutkapacitans, C o = startkapacitans, Q = slutladning, Q o = startladning, V = slutpotentiale, V o = startpotentiale, K = dielektricitetskonstant

Baseret på ovenstående ligning konkluderes det, at den indledende kapacitans (C o ) er mindre, mens den endelige kapacitans (C) er større. Kapacitansen øges med en faktor K, hvor K er den dielektriske konstant. Den dielektriske konstantværdi for hvert isoleringsmateriale er forskellig. Den dielektriske konstant (K) er resultatet af at sammenligne kapacitansen af ​​en kondensator, når der anvendes et dielektrikum, med kapacitansen af ​​kondensatoren, når der ikke anvendes et dielektrikum.

Dielektriske materialer øger kapacitansen, fordi afstanden mellem de to ledende plader reduceres.

En anden funktion af dielektrikummet er at reducere afstanden (d) mellem de to lederplader, således at det elektriske felt (E) og den elektriske spænding (V) mellem de to lederplader/ark øges, som angivet ved ligningen E = V / d. Hvis det elektriske felt og den elektriske spænding mellem de to plader/ark øges, øges kondensatorens kapacitans.
Hvis den pågældende kondensator er en parallelplade, beregnes dens kapacitans ved hjælp af følgende formel:

Dielektrisk 5

Baseret på de to ovenstående formler kan det konkluderes, at kapacitansen (C) af en parallelpladekondensator kan øges ved at reducere afstanden mellem de to plader/lederark (d).

Dielektriske materialer øger kapacitansen, fordi kondensatorens dielektriske styrke øges.

Dielektriske materialer er lavet af isolerende materialer, der, når de placeres i et meget stærkt elektrisk felt, vil opleve gennembrud. Dielektrisk gennembrud opstår, når det elektriske felt er så stærkt, at det får elektroner til at blive løsnet fra atomer, hvor disse elektroner kolliderer med elektroner i andre atomer, hvilket forårsager elektronstrømning inden i dielektrikumet. Med andre ord får dielektrikumet, som er en elektrisk isolator, til at blive en elektrisk leder.

For at undgå skader har hvert dielektrikum lavet af et bestemt isolerende materiale en maksimal elektrisk feltværdi, som det kan modstå, hvilket kaldes dielektrisk styrke. Et isolerende materiales dielektriske styrke er større end lufts dielektriske styrke, og hvert isoleringsmateriale har en forskellig dielektrisk styrke; nogle er små, og nogle er store. Så hvis der anvendes et dielektrikum med en stor dielektrisk styrke, er det elektriske felt, der kan holdes, større, og den elektriske spænding, der kan holdes, er også større. Hvis det elektriske felt og den elektriske spænding, der genereres af de to plader/lederark, er større, er mængden af ​​elektrisk ladning, der kan optages af lederpladen, større. Jo mere ladning der er i lederpladen, desto større er kondensatorens kapacitans.

 

Tinggalkan kommentarer