Un condensator poate funcționa dacă cele două plăci/foi conductoare nu se ating una de cealaltă, astfel încât sarcina electrică să nu se deplaseze de la un conductor la altul. De asemenea, pentru ca sarcina electrică să nu se deplaseze de la conductor în aer, spațiul dintre cei doi conductori trebuie să fie vid. În articolul despre condensatoarele cu plăci paralele, s-a discutat despre capacitatea unui condensator cu plăci paralele , unde cele două plăci sunt separate de un vid. Capacitatea unui condensator în vid are limitări, așa că, pentru a crește capacitatea, se plasează un dielectric între cele două plăci/foi conductoare.
Un dielectric este un izolator care separă cele două plăci conductoare ale unui condensator. Un izolator este un material care nu poate conduce electricitatea, cum ar fi plasticul, sticla, hârtia sau lemnul. Funcția unui dielectric este de a crește capacitatea, permițând condensatorului să stocheze o cantitate mare de sarcină electrică și energie potențială.
Dielectricii cresc capacitatea deoarece potențialul electric dintre cele două plăci conductoare este redus.
De ce crește capacitatea unui condensator după ce un dielectric este plasat între cele două plăci/foi conductoare? Pentru a afla răspunsul la această întrebare, mai întâi amintiți-vă lecția despre Sarcină electricăSarcinile electrice similare se resping, în timp ce sarcinile electrice diferite se atrag. De exemplu, sarcinile pozitive se atrag.
cu o sarcină negativă, dar se resping cu o sarcină pozitivă. Atunci de ce poate plasticul încărcat negativ să atragă bucăți mici de hârtie care nu sunt încărcate electric? Acest lucru se întâmplă deoarece bucățile de hârtie experimentează polarizarea sarcinii. Electronii din materialele izolatoare, cum ar fi hârtia, nu se pot mișca liber, așa cum fac electronii din materialele conductoare. Așadar, atunci când plasticul încărcat negativ este adus aproape de bucăți de hârtie, electronii legați de atomi sunt respinși de plasticul încărcat negativ, rezultând polarizarea sarcinii negative și a sarcinii pozitive de pe hârtie. Sarcina negativă de pe hârtie este mai departe de plastic, în timp ce sarcina pozitivă de pe hârtie este mai aproape de plastic. În plus, sarcina negativă de pe plastic atrage sarcina pozitivă de pe bucățile de hârtie până când hârtia mai ușoară se apropie de plastic.
Procesul de polarizare, sau polarizarea sarcinii, care are loc într-o foaie de hârtie este similar cu polarizarea sarcinii care are loc într-un dielectric. După cum se arată în imaginea din stânga, de exemplu, inițial există doar două plăci conductoare încărcate electric. Placa din stânga este încărcată pozitiv, în timp ce placa din dreapta este încărcată negativ, deci direcția câmpului electric este de la stânga la dreapta.
După ce dielectricul este plasat între cele două plăci conductoare, sarcina pozitivă de pe placa stângă atrage electronii de pe suprafața dielectrică din apropiere, iar sarcina negativă de pe placa dreaptă respinge electronii de pe suprafața dielectrică din apropiere. Electronii din dielectric, care este un izolator, nu sunt liberi să se miște precum electronii din conductor. Prin urmare, electronii rămân legați de atomi, dar există o polarizare a electronilor încărcați negativ și a protonilor încărcați pozitiv, așa cum se arată în imagine. Prezența unei sarcini pozitive pe partea dreaptă a atomilor dielectrici și a unei sarcini negative pe partea stângă a atomilor dielectrici creează un câmp electric direcționat de la dreapta la stânga, slăbind astfel câmpul electric generat de sarcina electrică de pe placa conductoare, direcționată de la stânga la dreapta. Așadar, câmpul electric scade nu pentru că sarcina electrică de pe cele două plăci/foi conductoare scade, ci pentru că apare în dielectric un câmp electric în direcția opusă. Când dielectricul este îndepărtat, intensitatea câmpului electric generat de sarcina electrică de pe cele două plăci/foi conductoare revine la starea inițială.
Dacă intensitatea câmpului electric generat de sarcina electrică de pe cele două plăci conductoare scade, atunci și potențialul electric dintre cele două plăci conductoare scade din cauza câmpului electric.
Electricitatea este direct proporțională cu potențialul electric, așa cum se arată în ecuația E = V / d, unde E = câmp electric, V = potențial electric și d = distanța dintre cele două plăci. Dacă înainte exista un dielectric, potențialul electric era Vo Deci, după ce există un dielectric, potențialul electric este redus la V cu un factor de K. Matematic, Vo = KV sau V = Vo / K sau K = Vo / V, unde K = constanta dielectrică. Vo > V astfel încât K > 1.
Trebuie menționat că cantitatea de sarcină electrică de pe ambele plăci/foi conductoare nu se modifică, astfel încât cantitatea finală de sarcină este aceeași cu cantitatea inițială de sarcină (Q = Qo). Modificarea capacității condensatorului se calculează folosind următoarea formulă:
![]()
Descrierea formulei: C = capacitate finală, C₂O = capacitate inițială, Q = sarcină finală, Q₂O = sarcină inițială, V = potențial final, V₂O = potențial inițial, K = constantă dielectrică
Pe baza ecuației de mai sus, se concluzionează că capacitatea inițială (C₂ ) este mai mică, în timp ce capacitatea finală (C) este mai mare. Capacitatea crește cu un factor de K, unde K este constanta dielectrică. Valoarea constantei dielectrice a fiecărui material izolator este diferită. Constanta dielectrică (K) este rezultatul comparării capacității unui condensator atunci când se utilizează un dielectric cu capacitatea condensatorului atunci când nu se utilizează un dielectric.
Dielectricii cresc capacitatea deoarece distanța dintre cele două plăci conductoare este redusă.
O altă funcție a dielectricului este de a reduce distanța (d) dintre cele două plăci conductoare, astfel încât câmpul electric (E) și tensiunea electrică (V) dintre cele două plăci/foi conductoare să crească, așa cum se indică în ecuația E = V / d. Dacă câmpul electric și tensiunea electrică dintre cele două plăci/foi cresc, atunci capacitatea condensatorului crește.
Dacă condensatorul în cauză este o placă paralelă, atunci capacitatea sa se calculează folosind următoarea formulă:

Pe baza celor două formule de mai sus, se poate concluziona că capacitatea (C) a unui condensator cu plăci paralele poate fi crescută prin reducerea distanței dintre cele două plăci/foi conductoare (d).
Dielectricii cresc capacitatea deoarece crește rigiditatea dielectrică a condensatorului.
Dielectricii sunt fabricați din materiale izolatoare care, atunci când sunt plasați într-un câmp electric foarte puternic, vor suferi o defectare. Defectarea dielectrică are loc atunci când câmpul electric este atât de puternic încât provoacă dislocarea electronilor din atomi, unde acești electroni se ciocnesc cu electronii din alți atomi, provocând fluxul de electroni în interiorul dielectricului. Cu alte cuvinte, defectarea dielectrică face ca dielectricul, care este un izolator electric, să devină un conductor electric.
Pentru a evita deteriorarea, fiecare dielectric fabricat dintr-un anumit material izolator are o valoare maximă a câmpului electric pe care o poate suporta, numită rigiditate dielectrică. Rigiditatea dielectrică a unui material izolator este mai mare decât rigiditatea dielectrică a aerului, iar fiecare material izolator are o rigiditate dielectrică diferită, unele fiind mici, iar altele mari. Așadar, dacă se utilizează un dielectric cu o rigiditate dielectrică mare, câmpul electric care poate fi suportat este mai mare, iar tensiunea electrică care poate fi suportată este, de asemenea, mai mare. Dacă câmpul electric și tensiunea electrică generate de cele două plăci/foi conductoare sunt mai mari, cantitatea de sarcină electrică care poate fi preluată de placa conductoare este mai mare. Cu cât există mai multă sarcină în placa conductoare, cu atât este mai mare capacitatea condensatorului.