Диэлектрик гэдэг нь конденсатор дээрх дамжуулагчийн хоёр хавтан эсвэл хуудсыг тусгаарладаг тусгаарлагч юм. Тусгаарлагч нь цахилгаан гүйдэл дамжуулах чадваргүй материалууд, жишээлбэл, хуванцар, шил, цаас эсвэл мод юм. Диэлектрикийн үүрэг нь конденсатор илүү их цахилгаан цэнэг болон цахилгаан потенциал энергийг хадгалахын тулд багтаамжийг нэмэгдүүлэх явдал юм.
Хэрэв дамжуулагчийн хоёр хавтан бие биедээ хүрэхгүй бол цахилгаан цэнэг нэг дамжуулагчаас нөгөөд шилжихгүй бол конденсатор ажиллаж чадна. Үүнтэй адил цахилгаан цэнэг дамжуулагчаас агаар руу шилжихгүйн тулд хоёр дамжуулагчийн хоорондох зай вакуум байх ёстой. Зэрэгцээ хавтангийн тухай сэдвээр конденсатор нь вакуумаар тусгаарлагдсан зэрэгцээ хавтан конденсаторуудын багтаамжийн талаар хэлэлцсэн. Вакуум дахь конденсаторын багтаамж нь хязгаарлалттай тул багтаамжийг нэмэгдүүлэхийн тулд диэлектрикийг хоёр хавтангийн хооронд байрлуулна.
Хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох цахилгаан потенциал буурдаг тул диэлектрик нь багтаамжийг нэмэгдүүлдэг
Диэлектрикийг хоёр хавтан эсвэл хуудасны хооронд байрлуулсны дараа конденсаторын багтаамж яагаад нэмэгддэг вэ? Энэ асуултын хариултыг олохын тулд эхлээд цахилгаан цэнэгийн тухай хичээлийг санаарай. Цахилгаан цэнэгүүд бие биенээ түлхдэг шиг цахилгаан цэнэгүүд бие биенээ татдаг. Жишээлбэл, эерэг цэнэг нь сөрөг цэнэгийг татдаг боловч эерэг цэнэгийг түлхдэг. Тэгвэл сөрөг цэнэгтэй хуванцарууд яагаад цахилгаан цэнэггүй жижиг цааснуудыг татдаг вэ? Энэ нь цаасан хэсэг нь цэнэгийн туйлшралыг мэдэрдэгтэй холбоотой юм.
Цаас гэх мэт тусгаарлагч материалын электронууд нь дамжуулагч материалын электрон шиг чөлөөтэй хөдөлж чадахгүй. Тиймээс сөрөг цэнэгтэй хуванцарыг цаасан дээр ойртуулахад атомтай холбогдсон электронууд сөрөг цэнэгтэй хуванцараас холдоно. Ингэснээр цаасан дээрх сөрөг цэнэг ба эерэг цэнэгийн туйлшрал үүсдэг. Цаасан дээрх сөрөг цэнэг нь хуванцараас хол зайтай байдаг бол цаасан дээрх эерэг цэнэг нь хуванцараас хол зайтай байдаг. Дараа нь хуванцар дээрх сөрөг цэнэг нь цаасан дээрх эерэг цэнэгийг татаж, цаас хуванцар руу ойртох хүртэл үргэлжилнэ.
Цаасан дээр явагддаг цэнэгийн туйлшралын процесс нь диэлектрикт явагддаг цэнэгийн туйлшралтай төстэй юм. Жишээлбэл, зүүн талын зурагт үзүүлсэнчлэн, эхэндээ цахилгаан цэнэгтэй дамжуулагчийн зөвхөн хоёр хэсэг байсан. Зүүн хавтан нь эерэг цэнэгтэй байхад баруун хавтан нь сөрөг цэнэгтэй тул цахилгаан орны чиглэл зүүнээс баруун тийш байна.
Диэлектрикийг хоёр дамжуулагч хавтангийн хооронд байрлуулсны дараа зүүн хавтан дээрх эерэг цэнэг нь ойролцоох диэлектрик гадаргуу дээрх электронуудыг татдаг. Түүнчлэн баруун хавтан дээрх сөрөг цэнэг нь ойролцоох диэлектрик гадаргуу дээрх электронуудыг түлхдэг. Тусгаарлагч болох диэлектрик дэх электронууд нь дамжуулагч дахь электронууд шиг чөлөөтэй хөдөлдөггүй. Тиймээс электронууд атомтай холбогдсон хэвээр байгаа боловч зурагт үзүүлсэн шиг сөрөг цэнэгтэй электронууд ба эерэг цэнэгтэй протонуудын туйлшрал үүсдэг.
Диэлектрик атомуудын баруун талд эерэг цэнэг, зүүн талд сөрөг цэнэг байх нь цахилгаан орон үүсгэдэг. Энэ нь баруунаас зүүн тийш чиглэсэн бөгөөд энэ нь дамжуулагчийн хавтан дээрх цахилгаан цэнэгээс үүссэн цахилгаан оронг сулруулдаг бөгөөд энэ нь зүүнээс баруун тийш чиглэсэн байдаг. Тиймээс цахилгаан орон нь дамжуулагчийн хоёр хавтан/хуудас дээрх цахилгаан цэнэг буурснаас бус, харин цахилгаан орон нь диэлектрик дотор эсрэг чиглэлд гарч ирснээс болж буурдаг. Хэрэв диэлектрик суларвал дамжуулагчийн хоёр хавтан эсвэл хуудас дээрх цахилгаан цэнэгээс үүссэн цахилгаан орны хүч хэвийн хэмжээндээ эргэн орно.
If
Хоёр дамжуулагч хавтан дээрх цахилгаан цэнэгээс үүссэн цахилгаан орны хүч буурч, хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох цахилгаан потенциал мөн буурна. Учир нь цахилгаан орон нь E = V / d тэгшитгэлд заасанчлан цахилгаан потенциалтай шууд пропорциональ байдаг бөгөөд энд E = цахилгаан орон, V = цахилгаан потенциал ба d = хоёр хавтангийн хоорондох зай юм. Хэрэв өмнө нь диэлектрикт цахилгаан потенциал байсан бол диэлектрикийн дараа цахилгаан потенциалыг K хүчин зүйлээр V болгон бууруулдаг.
Математикийн хувьд Vo = KV эсвэл V = Vo / K эсвэл K = Vo / V, энд K = диэлектрик тогтмол. Vo> V байхаар K> 1 байна.
Дамжуулагчийн хавтан эсвэл хуудас дээрх цахилгаан цэнэгийн хэмжээ өөрчлөгдөхгүй тул эцсийн цэнэгийн хэмжээ анхны цэнэгийн хэмжээтэй тэнцүү байна (Q = Qo). Конденсаторын багтаамжийн өөрчлөлтийг дараах байдлаар тооцоолно.
C = эцсийн багтаамж, Co = анхны багтаамж, Q = эцсийн цэнэг, Qo = анхны цэнэг, V = эцсийн потенциал, Vo = анхны потенциал, K = диэлектрик тогтмол
Дээрх тэгшитгэл дээр үндэслэн анхны багтаамж (Co) бага, эцсийн багтаамж (C) их байна гэж дүгнэсэн. Багтаамж нь K дахин нэмэгддэг бөгөөд энд K нь диэлектрик тогтмол юм. Тусгаарлагч материал бүрийн диэлектрик тогтмолын утга харилцан адилгүй байдаг. Диэлектрик тогтмол (K) нь диэлектрик ашиглах үеийн конденсаторын багтаамжийн диэлектрик ашиглаагүй үеийн конденсаторын багтаамжтай харьцуулсан харьцааны үр дүн юм.
Хоёр дамжуулагч хавтангийн хоорондох зай багасдаг тул диэлектрик багтаамж нэмэгддэг
Өөр нэг диэлектрик функц нь хоёр дамжуулагчийн хавтангийн хоорондох зайг (d) багасгах явдал юм. Ингэснээр хоёр дамжуулагчийн хавтангийн хоорондох цахилгаан орон (E) ба цахилгаан хүчдэл (V) нэмэгддэг бөгөөд үүнийг E = V / d тэгшитгэлээр илэрхийлнэ. Хэрэв цахилгаан орон ба хоёр хавтан эсвэл хуудасны хоорондох цахилгаан хүчдэл нэмэгдвэл конденсаторын багтаамж нэмэгдэнэ.
Хэрэв тухайн конденсаторууд зэрэгцээ байвал багтаамжийг дараах томъёогоор тооцоолно.
Дээрх хоёр томъёонд үндэслэн зэрэгцээ хавтантай конденсаторуудын багтаамжийг (C) хоёр хавтан эсвэл дамжуулагчийн хуудасны хоорондох зайг (d) багасгах замаар нэмэгдүүлж болно гэж дүгнэж болно.
Конденсаторын багтаамж нэмэгддэг тул диэлектрик багтаамж нэмэгддэг
Диэлектрик нь тусгаарлагч материалаар хийгдсэн бөгөөд хэрэв хүчтэй цахилгаан оронтой байвал гэмтэх болно. Цахилгаан орон нь атомаас электронуудыг хөдөлгөж чадахуйц хүчтэй үед диэлектрик гэмтэл үүсдэг бөгөөд дараа нь электронууд бусад атомууд дээр электронуудыг цохиж, диэлектрик доторх электронуудын урсгал үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл, диэлектрик гэмтэл нь цахилгаан тусгаарлагч болох диэлектрикийг цахилгаан дамжуулагч болгон хувиргахад хүргэдэг.
Гэмтлээс зайлсхийхийн тулд тодорхой тусгаарлагч материалаар хийгдсэн диэлектрик бүр нь барьж болох хамгийн их цахилгаан орны утгатай байдаг бөгөөд үүнийг диэлектрик бат бэх гэж нэрлэдэг. Тусгаарлагч материалын диэлектрик бат бэх нь агаарын диэлектрик бат бэхээс их бөгөөд тусгаарлагч материал бүр өөр өөр диэлектрик бат бэхтэй байдаг бөгөөд зарим нь жижиг, зарим нь том байдаг. Тиймээс хэрэв диэлектрик бат бэх ихтэй диэлектрик ашиглавал барьж болох цахилгаан орон их, барьж болох хүчдэл мөн их байдаг. Хэрэв цахилгаан орон болон дамжуулагчийн хоёр хавтан эсвэл хуудаснаас үүссэн цахилгаан хүчдэл их байвал дамжуулагч хавтангаар даах цахилгаан цэнэгийн хэмжээ их байна. Дамжуулагч хавтангийн дотор цэнэг их байх тусам конденсаторын багтаамж их байна.
