Dielektrik ialah penebat yang memisahkan dua plat atau kepingan konduktor pada kapasitor. Penebat ialah bahan yang tidak boleh mengalirkan arus elektrik, contohnya, plastik, kaca, kertas atau kayu. Fungsi dielektrik adalah untuk meningkatkan kapasitans supaya kapasitor boleh menyimpan lebih banyak cas elektrik dan tenaga keupayaan elektrik.
Kapasitor boleh berfungsi jika kedua-dua plat konduktor tidak bersentuhan antara satu sama lain supaya cas elektrik tidak bergerak dari satu konduktor ke konduktor yang lain. Begitu juga, supaya cas elektrik tidak bergerak dari konduktor ke udara, ruang antara kedua-dua konduktor mestilah vakum. Dalam topik tentang plat selari, kapasitor telah dibincangkan tentang kapasitans kapasitor plat selari yang dipisahkan oleh vakum. Kapasitans kapasitor dalam vakum mempunyai batasan supaya untuk membesarkan kapasitans, letakkan dielektrik di antara kedua-dua plat.
Dielektrik meningkatkan kapasitans kerana potensi elektrik antara dua plat konduktor berkurangan
Mengapakah kapasitans kapasitor meningkat selepas dielektrik diletakkan di antara dua plat atau kepingan? Untuk mengetahui jawapan kepada soalan ini, pertama sekali, ingat pengajaran tentang cas elektrik. Seperti cas elektrik, cas menolak antara satu sama lain, manakala cas elektrik yang tidak sama menarik antara satu sama lain. Contohnya, cas positif menarik cas negatif tetapi menolak cas positif. Kemudian mengapakah plastik yang bercas negatif boleh menarik kepingan kertas kecil yang tidak bercas elektrik? Ini berlaku kerana kepingan kertas mengalami pengkutuban cas.
Elektron dalam bahan penebat seperti kertas tidak boleh bergerak bebas kerana elektron dalam bahan konduktor. Jadi, apabila plastik bercas negatif dibawa dekat dengan sekeping kertas, elektron yang terikat pada atom ditolak keluar dari plastik bercas negatif. Sehingga berlaku pengkutuban cas negatif dan cas positif pada kertas. Cas negatif pada kertas lebih jauh dari plastik, manakala cas positif pada kertas mempunyai jarak yang lebih dekat dengan plastik. Kemudian, cas negatif pada plastik menarik cas positif pada sekeping kertas sehingga kertas bergerak lebih dekat dengan plastik.
Proses pengkutuban cas yang berlaku pada kepingan kertas adalah serupa dengan pengkutuban cas yang berlaku dalam dielektrik. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di sebelah kiri, sebagai contoh, pada mulanya, hanya terdapat dua keping konduktor yang bercas elektrik. Plat kiri bercas positif manakala plat kanan bercas negatif supaya arah medan elektrik adalah dari kiri ke kanan.
Selepas dielektrik diletakkan di antara dua plat konduktor, cas positif pada plat kiri menarik elektron pada permukaan dielektrik berdekatan. Selain itu, cas negatif pada plat kanan menolak elektron pada permukaan dielektrik berdekatan. Elektron dalam dielektrik, yang merupakan penebat, tidak bebas bergerak seperti elektron dalam konduktor. Oleh itu, elektron kekal terikat pada atom, tetapi terdapat pengkutuban elektron bercas negatif dan proton bercas positif, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
Kehadiran cas positif di sebelah kanan atom dielektrik dan cas negatif di sebelah kiri atom dielektrik menimbulkan medan elektrik. Yang mana dari kanan ke kiri, yang melemahkan medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik pada plat konduktor, yang mana dari kiri ke kanan. Jadi, medan elektrik berkurangan bukan kerana cas elektrik pada dua plat/helai konduktor berkurangan, tetapi kerana medan elektrik muncul dalam dielektrik dalam arah yang bertentangan. Jika dielektrik dilepaskan, kekuatan medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik pada dua plat atau helaian konduktor akan kembali normal.
If
Kekuatan medan elektrik yang dihasilkan oleh cas elektrik pada kedua-dua plat konduktor berkurangan, potensi elektrik antara kedua-dua plat konduktor juga berkurangan. Oleh kerana medan elektrik berkadar terus dengan potensi elektrik seperti yang dinyatakan dalam persamaan E = V / d, di mana E = medan elektrik, V = potensi elektrik dan d = jarak antara kedua-dua plat. Jika sebelum terdapat potensi elektrik kepada dielektrik ialah Vo maka selepas dielektrik, potensi elektrik dikurangkan kepada V oleh faktor K.
Secara matematik, Vo = KV atau V = Vo / K atau K = Vo / V, dengan K = pemalar dielektrik. Vo > V supaya K > 1.
Sila ambil perhatian bahawa jumlah cas elektrik pada kedua-dua plat atau kepingan konduktor tidak berubah sehingga jumlah cas akhir adalah sama dengan jumlah cas awal (Q = Qo). Perubahan dalam kapasitans kapasitor dikira dengan cara berikut:
C = kapasitans akhir, Co = kapasitans awal, Q = cas akhir, Qo = cas awal, V = potensi akhir, Vo = potensi awal, K = pemalar dielektrik
Berdasarkan persamaan di atas, disimpulkan bahawa kapasitans awal (Co) adalah lebih kecil manakala kapasitans akhir (C) adalah lebih besar. Kapasitans meningkat sebanyak faktor K, di mana K ialah pemalar dielektrik. Nilai pemalar dielektrik setiap bahan penebat berbeza-beza. Pemalar dielektrik (K) ialah hasil nisbah kapasitans kapasitor apabila menggunakan dielektrik, kepada kapasitans kapasitor apabila tidak menggunakan dielektrik.
Kapasitans dielektrik meningkat kerana jarak antara dua plat konduktor berkurangan
Satu lagi fungsi dielektrik adalah untuk mengurangkan jarak (d) antara dua plat konduktor. Supaya medan elektrik (E) dan voltan elektrik (V) antara dua plat atau kepingan konduktor meningkat, seperti yang dinyatakan oleh persamaan E = V / d. Jika medan elektrik dan voltan elektrik antara dua plat atau kepingan meningkat, maka kapasitans kapasitor meningkat.
Jika kapasitor yang dimaksudkan adalah selari, kapasitans dikira menggunakan formula berikut:
Berdasarkan dua formula di atas, dapat disimpulkan bahawa kapasitans (C) kapasitor plat selari boleh dibesarkan dengan mengurangkan jarak antara dua plat atau kepingan konduktor (d).
Kapasitans dielektrik meningkat kerana kapasitans kapasitor meningkat
Dielektrik diperbuat daripada bahan penebat yang, jika ia berada dalam medan elektrik yang kuat, akan rosak. Kerosakan dielektrik berlaku apabila medan elektrik begitu kuat sehingga ia boleh menggerakkan elektron daripada atom, kemudian elektron tersebut melanggar elektron pada atom lain supaya aliran elektron dalam dielektrik berlaku. Dalam erti kata lain, kerosakan dielektrik menyebabkan dielektrik iaitu penebat elektrik bertukar menjadi konduktor elektrik.
Untuk mengelakkan kerosakan, setiap dielektrik yang diperbuat daripada bahan penebat tertentu mempunyai nilai medan elektrik maksimum yang boleh dipegang, yang dipanggil kekuatan dielektrik. Kekuatan dielektrik bahan penebat adalah lebih besar daripada kekuatan dielektrik udara dan setiap bahan penebat mempunyai kekuatan dielektrik yang berbeza, ada yang kecil dan ada yang besar. Jadi jika dielektrik yang mempunyai kekuatan dielektrik yang besar digunakan, medan elektrik yang boleh dipegang adalah lebih besar dan voltan yang boleh dipegang juga lebih besar. Jika medan elektrik dan voltan elektrik yang dihasilkan oleh dua plat atau kepingan konduktor adalah lebih besar, semakin besar jumlah cas elektrik yang boleh ditampung oleh plat konduktor. Semakin banyak cas yang berada di dalam plat konduktor, semakin besar kapasitans kapasitor.
