Kondenzátor môže fungovať, ak sa dve dosky/vodičové vrstvy navzájom nedotýkajú, aby sa elektrický náboj nepresúval z jedného vodiča do druhého. Podobne, aby sa elektrický náboj nepresúval z vodiča do vzduchu, priestor medzi týmito dvoma vodičmi musí byť vákuum. V článku o doskových kondenzátoroch sa rozoberala kapacita doskového kondenzátora , kde sú dve dosky oddelené vákuom. Kapacita kondenzátora vo vákuu má svoje obmedzenia, takže na zvýšenie kapacity sa medzi dve dosky/vodičové vrstvy umiestni dielektrikum.
Dielektrikum je izolant, ktorý oddeľuje dve vodivé dosky kondenzátora. Izolant je materiál, ktorý nevedie elektrický prúd, ako napríklad plast, sklo, papier alebo drevo. Funkciou dielektrika je zvýšiť kapacitu, čo umožňuje kondenzátoru ukladať veľké množstvo elektrického náboja a potenciálnej energie.
Dielektriká zvyšujú kapacitu, pretože sa znižuje elektrický potenciál medzi dvoma vodivými platňami.
Prečo sa kapacita kondenzátora zvyšuje po umiestnení dielektrika medzi dve dosky/vodičové vrstvy? Ak chcete nájsť odpoveď na túto otázku, najprv si spomeňte na lekciu o Elektrický nábojPodobné elektrické náboje sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo odlišné elektrické náboje sa navzájom priťahujú. Napríklad kladné náboje sa navzájom priťahujú.
so záporným nábojom, ale odpudzujú sa kladným nábojom. Prečo potom môže záporne nabitý plast priťahovať malé kúsky papiera, ktoré nie sú elektricky nabité? Deje sa to preto, lebo kúsky papiera sú nábojovo polarizované. Elektróny v izolačných materiáloch, ako je papier, sa nemôžu voľne pohybovať ako elektróny vo vodivých materiáloch. Keď sa teda záporne nabitý plast priblíži k kúskom papiera, elektróny viazané na atómy sa od záporne nabitého plastu odpudzujú, čo vedie k polarizácii záporného a kladného náboja na papieri. Záporný náboj na papieri je ďalej od plastu, zatiaľ čo kladný náboj na papieri je bližšie k plastu. Okrem toho záporný náboj na plaste priťahuje kladný náboj na kúskoch papiera, kým sa ľahší papier nepriblíži k plastu.
Proces polarizácie alebo polarizácia náboja, ku ktorému dochádza v kuse papiera, je podobný polarizácii náboja, ku ktorej dochádza v dielektriku. Ako je napríklad znázornené na obrázku vľavo, na začiatku existujú iba dve elektricky nabité vodivé platne. Ľavá platňa je kladne nabitá, zatiaľ čo pravá platňa je záporne nabitá, takže smer elektrického poľa je zľava doprava.
Po umiestnení dielektrika medzi dve vodivé dosky kladný náboj na ľavej doske priťahuje elektróny na blízkom dielektrickom povrchu a záporný náboj na pravej doske odpudzuje elektróny na blízkom dielektrickom povrchu. Elektróny v dielektriku, ktoré je izolantom, sa nemôžu voľne pohybovať ako elektróny vo vodiči. Preto elektróny zostávajú viazané na atómy, ale dochádza k polarizácii záporne nabitých elektrónov a kladne nabitých protónov, ako je znázornené na obrázku. Prítomnosť kladného náboja na pravej strane dielektrických atómov a záporného náboja na ľavej strane dielektrických atómov vytvára elektrické pole smerované sprava doľava, čím oslabuje elektrické pole generované elektrickým nábojom na vodivej doske smerovaným zľava doprava. Elektrické pole sa teda neznižuje preto, že by sa znížil elektrický náboj na dvoch doskách/vodivých vrstvách, ale preto, že sa v dielektriku objaví elektrické pole v opačnom smere. Po odstránení dielektrika sa intenzita elektrického poľa generovaná elektrickým nábojom na dvoch doskách/vodivých vrstvách vráti do pôvodného stavu.
Ak sa sila elektrického poľa generovaného elektrickým nábojom na dvoch vodivých doskách zníži, potom sa v dôsledku elektrického poľa zníži aj elektrický potenciál medzi týmito dvoma vodivými doskami.
Elektrina je priamo úmerná elektrickému potenciálu, ako je uvedené v rovnici E = V / d, kde E = elektrické pole, V = elektrický potenciál a d = vzdialenosť medzi dvoma platňami. Ak predtým existovalo dielektrikum, elektrický potenciál bol Vo Takže po prítomnosti dielektrika sa elektrický potenciál zníži na V faktorom K. Matematicky Vo = KV alebo V = Vo / K alebo K = Vo / V, kde K = dielektrická konštanta. Vo > V, takže K > 1.
Treba poznamenať, že množstvo elektrického náboja na oboch doskách/vodičových listoch sa nemení, takže konečné množstvo náboja je rovnaké ako počiatočné množstvo náboja (Q = Qo). Zmena kapacity kondenzátora sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:
![]()
Popis vzorca: C = konečná kapacita, C o = počiatočná kapacita, Q = konečný náboj, Q o = počiatočný náboj, V = konečný potenciál, V o = počiatočný potenciál, K = dielektrická konštanta
Na základe vyššie uvedenej rovnice sa usudzuje, že počiatočná kapacita (C o ) je menšia, zatiaľ čo konečná kapacita (C) je väčšia. Kapacita sa zvyšuje faktorom K, kde K je dielektrická konštanta. Hodnota dielektrickej konštanty každého izolačného materiálu je iná. Dielektrická konštanta (K) je výsledkom porovnania kapacity kondenzátora s dielektrikom a kapacity kondenzátora bez dielektrika.
Dielektriká zvyšujú kapacitu, pretože sa zmenšuje vzdialenosť medzi dvoma vodivými platňami.
Ďalšou funkciou dielektrika je zmenšiť vzdialenosť (d) medzi dvoma vodivými doskami tak, aby sa elektrické pole (E) a elektrické napätie (V) medzi dvoma vodivými doskami/vrstvami zvýšili, ako je uvedené v rovnici E = V / d. Ak sa elektrické pole a elektrické napätie medzi dvoma doskami/vrstvami zvýšia, potom sa zvýši kapacita kondenzátora.
Ak je daný kondenzátor rovnobežná doska, jeho kapacita sa vypočíta pomocou nasledujúceho vzorca:

Na základe dvoch vyššie uvedených vzorcov možno vyvodiť záver, že kapacitu (C) doskového kondenzátora možno zvýšiť zmenšením vzdialenosti medzi dvoma doskami/vodičovými listami (d).
Dielektriká zvyšujú kapacitu, pretože sa zvyšuje dielektrická pevnosť kondenzátora.
Dielektriká sú vyrobené z izolačných materiálov, ktoré po umiestnení do veľmi silného elektrického poľa zažijú prieraz. K prierazu dielektrika dochádza, keď je elektrické pole také silné, že spôsobuje uvoľnenie elektrónov z atómov, kde tieto elektróny kolidujú s elektrónmi v iných atómoch, čo spôsobuje tok elektrónov v dielektriku. Inými slovami, prieraz dielektrika spôsobuje, že sa dielektrikum, ktoré je elektrickým izolantom, stane elektrickým vodičom.
Aby sa predišlo poškodeniu, každé dielektrikum vyrobené z určitého izolačného materiálu má maximálnu hodnotu elektrického poľa, ktorú dokáže odolať, a to sa nazýva dielektrická pevnosť. Dielektrická pevnosť izolačného materiálu je väčšia ako dielektrická pevnosť vzduchu a každý izolačný materiál má inú dielektrickú pevnosť, niektoré sú malé a niektoré veľké. Ak sa teda použije dielektrikum s veľkou dielektrickou pevnosťou, elektrické pole, ktoré dokáže udržať, je väčšie a elektrické napätie, ktoré dokáže udržať, je tiež väčšie. Ak je elektrické pole a elektrické napätie generované dvoma doskami/vodivými vrstvami väčšie, množstvo elektrického náboja, ktoré dokáže vodivá doska pojať, je väčšie. Čím viac náboja je vo vodivej doske, tým väčšia je kapacita kondenzátora.