Dielektrik je izolator koji odvaja dvije ploče ili slojeve vodiča na kondenzatoru. Izolatori su materijali koji ne mogu provoditi električnu struju, na primjer plastika, staklo, papir ili drvo. Dielektrična funkcija je povećati kapacitet kako bi kondenzator mogao pohraniti više električnog naboja i električne potencijalne energije.
Kondenzator može funkcionirati ako se obje ploče vodiča ne dodiruju tako da se električni naboj ne pomiče s jednog vodiča na drugi. Slično tome, kako se električni naboj ne bi pomicao iz vodiča u zrak, prostor između dva vodiča mora biti vakuum. U temi o paralelnoj ploči, raspravljalo se o kapacitetu paralelnih pločastih kondenzatora koji su odvojeni vakuumom. Kapacitet kondenzatora u vakuumu ima ograničenja, pa se za povećanje kapaciteta dielektrik postavlja između dvije ploče.
Dielektrik povećava kapacitet jer se električni potencijal između dvije vodične ploče smanjuje
Zašto se kapacitet kondenzatora povećava nakon što se dielektrik postavi između dvije ploče ili slojeva? Da biste saznali odgovor na ovo pitanje, prvo se sjetite lekcije o električnom naboju. Isti električni naboji se međusobno odbijaju, dok se različiti električni naboji međusobno privlače. Na primjer, pozitivni naboj privlači negativni naboj, ali odbija pozitivni naboj. 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 vodljivim materijalima. Dakle, kada se negativno nabijena plastika približi komadu papira, elektroni koji su vezani za atom odbijaju se 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 udaljeniji od plastike. Zatim, negativni naboj na plastici povlači pozitivni naboj na komadu papira sve dok se papir ne približi plastici.
Proces polarizacije naboja koji se događa na komadićima papira sličan je polarizaciji naboja koja se događa u dielektriku. Kao što je prikazano na slici s lijeve strane, na primjer, u početku su postojala samo dva komada električno nabijenih vodiča. 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 vodične ploče, pozitivni naboj na lijevoj ploči privlači elektrone na obližnjoj dielektričnoj površini. Također, negativni naboj na desnoj ploči odbija elektrone na obližnjoj dielektričnoj površini. Elektroni u dielektriku, koji je izolator, ne mogu se slobodno kretati poput elektrona u vodiču. Stoga elektroni ostaju vezani za atom, ali postoji polarizacija negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenih protona, kao što je prikazano na slici.
Prisutnost pozitivnog naboja na desnoj strani dielektričnih atoma i negativnog naboja na lijevoj strani dielektričnih atoma uzrokuje električno polje. Koje se kreće s desna na lijevo, slabi električno polje koje generira električni naboj na vodičkoj ploči, što se kreće s lijeva na desno. Dakle, električno polje se ne smanjuje zato što se smanjuje električni naboj na dvije ploče/ploče vodiča, već zato što se električno polje pojavljuje u dielektriku u suprotnom smjeru. Ako se dielektrik oslobodi, jakost električnog polja koju generira električni naboj na dvije ploče ili ploške vodiča vraća se u normalu.
If
Kako se smanjuje jakost električnog polja generirana električnim nabojem na obje vodične ploče, smanjuje se i električni potencijal između dvije vodične ploče. Budući da je električno polje izravno proporcionalno električnom potencijalu, kako je navedeno u jednadžbi 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 imajte na umu da se količina električnog naboja na obje ploče ili slojeve vodiča ne mijenja tako da je količina konačnog naboja jednaka količini početnog naboja (Q = Qo). Promjena kapaciteta kondenzatora izračunava se na sljedeći način:
C = konačni kapacitet, Co = početni kapacitet, Q = konačni naboj, Qo = početni naboj, V = konačni potencijal, Vo = početni potencijal, K = dielektrična konstanta
Na temelju gornje jednadžbe 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) rezultat je omjera kapaciteta kondenzatora kada se koristi dielektrik i kapaciteta kondenzatora kada se dielektrik ne koristi.
Dielektrični kapacitet se povećava jer se smanjuje udaljenost između dvije vodične ploče
Druga dielektrična funkcija je smanjenje udaljenosti (d) između dvije vodične ploče. Tako se električno polje (E) i električni napon (V) između dvije ploče ili slojeva vodiča povećavaju, kako je navedeno jednadžbom 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 temelju dvije gornje formule može se zaključiti da se kapacitet (C) pločastih kondenzatora može povećati smanjenjem udaljenosti između dvije ploče ili slojeva vodiča (d).
Dielektrični kapacitet se povećava jer se kapacitet kondenzatora povećava
Dielektrik je izrađen 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 vodič.
Kako bi se izbjegla oštećenja, svaki dielektrik izrađen od određenog izolacijskog materijala ima maksimalnu vrijednost električnog polja koju može podnijeti, a naziva se dielektrična čvrstoća. Dielektrična čvrstoća izolacijskog materijala veća je 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 također je veći. Ako su električno polje i električni napon koji generiraju dvije ploče ili slojevi vodiča veći, veća je količina električnog naboja koju vodič može primiti. Što je više naboja unutar vodiča, to je veći kapacitet kondenzatora.
