Et dielektrikum er en isolator som skiller de to platene eller arkene i lederen på kondensatoren. Isolatorer er materialer som ikke kan lede elektrisk strøm, for eksempel plast, glass, papir eller tre. Den dielektriske funksjonen er å øke kapasitansen slik at kondensatoren kan lagre mer elektrisk ladning og elektrisk potensiell energi.
En kondensator kan fungere hvis begge lederplatene ikke berører hverandre, slik at den elektriske ladningen ikke beveger seg fra en leder til en annen. På samme måte, for at den elektriske ladningen ikke skal bevege seg fra lederen til luften, må rommet mellom de to lederne være et vakuum. I emnet om parallellplaten har kondensatoren blitt diskutert, kapasitansen til parallellplatekondensatorer som er atskilt av et vakuum. Kapasitansen til kondensatoren i et vakuum har begrensninger, slik at for å øke kapasitansen, plasseres dielektrikumet mellom de to platene.
Dielektrikumet øker kapasitansen fordi det elektriske potensialet mellom de to lederplatene avtar.
Hvorfor økes kondensatorens kapasitans etter at dielektrikumet er plassert mellom de to platene eller arkene? For å finne svaret på dette spørsmålet, husk først lærdommen om elektrisk ladning. Like elektriske ladninger frastøter hverandre, mens ulik elektriske ladninger tiltrekker hverandre. For eksempel tiltrekker en positiv ladning en negativ ladning, men frastøter en positiv ladning. Hvorfor kan negativt ladede plastbiter da tiltrekke seg små papirbiter som ikke er elektrisk ladet? Dette skjer fordi papirbiten opplever ladningspolarisering.
Elektroner i isolerende materialer som papir kan ikke bevege seg fritt som elektroner i ledermaterialer. Så når den negativt ladede plasten bringes nær papiret, blir elektronene som er bundet til atomet avvist bort fra den negativt ladede plasten. Slik at det oppstår en polarisering av den negative ladningen og den positive ladningen på papiret. Den negative ladningen på papir er lenger unna plast, mens den positive ladningen på papir har en avstand nærmere plast. Deretter trekker den negative ladningen på plasten den positive ladningen på papiret inntil papiret beveger seg nærmere plasten.
Polariseringsprosessen av ladning som skjer på papirbiter ligner på polariseringen av ladning som skjer i dielektrikumet. Som vist på figuren til venstre, var det for eksempel i starten bare to elektrisk ladede ledere. Den venstre platen er positivt ladet, mens den høyre platen er negativt ladet, slik at retningen på det elektriske feltet er fra venstre mot høyre.
Etter at dielektrikumet er plassert mellom de to lederplatene, trekker den positive ladningen på den venstre platen elektronene på den nærliggende dielektriske overflaten. I tillegg frastøter den negative ladningen på den høyre platen elektronene på den nærliggende dielektriske overflaten. Elektronene i dielektrikumet, som er en isolator, kan ikke bevege seg fritt slik elektroner i en leder. Derfor forblir elektronene bundet til atomet, men det er en polarisering av negativt ladede elektroner og positivt ladede protoner, som vist i figuren.
Tilstedeværelsen av en positiv ladning på høyre side av de dielektriske atomene og en negativ ladning på venstre side av de dielektriske atomene gir opphav til et elektrisk felt. Som er fra høyre til venstre, noe som svekker det elektriske feltet generert av den elektriske ladningen på lederplaten, som er fra venstre til høyre. Så det elektriske feltet avtar ikke fordi den elektriske ladningen på de to platene/arkene i lederen avtar, men fordi det elektriske feltet oppstår i dielektrikumet i motsatt retning. Hvis dielektrikumet frigjøres, er den elektriske feltstyrken generert av den elektriske ladningen på de to platene/arkene i lederen tilbake til normal.
If
Når den elektriske feltstyrken som genereres av den elektriske ladningen på begge lederplatene reduseres, reduseres også det elektriske potensialet mellom de to lederplatene. Fordi det elektriske feltet er direkte proporsjonalt med det elektriske potensialet, som angitt i ligningen E = V / d, hvor E = elektrisk felt, V = elektrisk potensial og d = avstanden mellom de to platene. Hvis det før dielektrikumet er et elektrisk potensial Vo, reduseres det elektriske potensialet etter dielektrikumet til V med faktoren K.
Matematisk sett er Vo = KV eller V = Vo / K eller K = Vo / V, hvor K = dielektrisitetskonstanten. Vo > V slik at K > 1.
Vær oppmerksom på at mengden elektrisk ladning på verken platene eller arkene av ledere ikke endres, slik at mengden av den endelige ladningen er lik mengden av den opprinnelige ladningen (Q = Qo). Endringen i kondensatorens kapasitans beregnes på følgende måte:
C = sluttkapasitans, Co = startkapasitans, Q = sluttladning, Qo = startladning, V = sluttpotensial, Vo = startpotensial, K = dielektrisk konstant
Basert på ligningen ovenfor konkluderes det med at den innledende kapasitansen (Co) er mindre, mens den endelige kapasitansen (C) er større. Kapasitansen øker med en faktor K, hvor K er den dielektriske konstanten. Verdien av den dielektriske konstanten for hvert isolasjonsmateriale varierer. Den dielektriske konstanten (K) er resultatet av forholdet mellom kapasitansen til kondensatoren når et dielektrikum brukes, og kapasitansen til kondensatoren når et dielektrikum ikke brukes.
Den dielektriske kapasitansen øker fordi avstanden mellom de to lederplatene avtar.
En annen dielektrisk funksjon er å redusere avstanden (d) mellom de to lederplatene. Slik at det elektriske feltet (E) og den elektriske spenningen (V) mellom de to platene eller arkene av ledere øker, som angitt av ligningen E = V / d. Hvis det elektriske feltet og den elektriske spenningen mellom de to platene eller arkene øker, øker kondensatorens kapasitans.
Hvis de aktuelle kondensatorene er parallelle, beregnes kapasitansen ved hjelp av følgende formel:
Basert på de to formlene ovenfor kan det konkluderes med at kapasitansen (C) til parallellplatekondensatorene kan forstørres ved å redusere avstanden mellom de to platene eller lederarkene (d).
Den dielektriske kapasitansen øker fordi kapasitansen til kondensatoren øker
Dielektriske materialer er laget av isolerende materiale som vil bli skadet hvis de er i et sterkt elektrisk felt. Dielektrisk skade oppstår når det elektriske feltet er så sterkt at det kan flytte elektroner bort fra atomet, deretter treffer elektronene elektroner på andre atomer slik at det oppstår en elektronstrøm i dielektriske materialer. Med andre ord fører dielektrikum til at dielektriske materialer, som er en elektrisk isolator, blir til en elektrisk leder.
For å unngå skade har hvert dielektrikum laget av et bestemt isolerende materiale en maksimal elektrisk feltverdi som kan holdes, kalt dielektrisk styrke. Den dielektriske styrken til det isolerende materialet er større enn den dielektriske styrken til luften, og hvert isolasjonsmateriale har en ulik dielektrisk styrke, noen er små og noen er store. Så hvis et dielektrikum med stor dielektrisk styrke brukes, er det elektriske feltet som kan holdes større, og spenningen som kan holdes er også større. Hvis det elektriske feltet og den elektriske spenningen som genereres av de to platene eller arkene i lederen er større, desto større er mengden elektrisk ladning som kan opptas av lederplaten. Jo mer ladning som er inne i lederplaten, desto større er kapasitansen til kondensatoren.
