Диелектрик

Кондензатор може да функционише ако се две плоче/проводничке фолије не додирују тако да се електрично наелектрисање не би померало са једног проводника на други. Слично томе, да се електрично наелектрисање не би померало са проводника у ваздух, простор између два проводника мора бити вакуум. У чланку о плочастим кондензаторима, разматран је капацитет плочастог кондензатора , где су две плоче раздвојене вакуумом. Капацитивност кондензатора у вакууму има ограничења, па се да би се повећала, диелектрик се поставља између две плоче/проводничке фолије.

Диелектрик је изолатор који раздваја две проводне плоче кондензатора. Изолатор је материјал који не може да проводи електрицитет, као што су пластика, стакло, папир или дрво. Функција диелектрика је да повећа капацитет, омогућавајући кондензатору да складишти велику количину електричног наелектрисања и потенцијалне енергије.

Диелектрици повећавају капацитивност јер се смањује електрични потенцијал између две проводне плоче.

Зашто се капацитет кондензатора повећава након што се диелектрик постави између две плоче/проводничких слојева? Да бисте сазнали одговор на ово питање, прво се сетите лекције о Електрични набојИстовремена електрична наелектрисања се одбијају, док се различита електрична наелектрисања привлаче. На пример, позитивна наелектрисања се привлаче. Диелектрик 1са негативним наелектрисањем, али се одбијају са позитивним наелектрисањем. Зашто онда негативно наелектрисана пластика може да привуче мале комаде папира који нису електрично наелектрисани? То се дешава зато што комади папира доживљавају поларизацију наелектрисања. Електрони у изолационим материјалима као што је папир не могу се слободно кретати као електрони у проводљивим материјалима. Дакле, када се негативно наелектрисана пластика приближи комадима папира, електрони везани за атоме се одбијају од негативно наелектрисане пластике, што резултира поларизацијом негативног и позитивног наелектрисања на папиру. Негативно наелектрисање на папиру је даље од пластике, док је позитивно наелектрисање на папиру ближе пластици. Штавише, негативно наелектрисање на пластици привлачи позитивно наелектрисање на комадима папира све док се лакши папир не приближи пластици.

ПРОЧИТАЈТЕ ТАКОЂЕ  Обновљиви извори енергије и необновљиви извори енергије

Процес поларизације, или поларизација наелектрисања, који се дешава у комаду папира, сличан је поларизацији наелектрисања која се дешава у диелектрику. Као што је приказано на слици лево, на пример, у почетку постоје само две електрично наелектрисане проводне плоче. Лева плоча је позитивно наелектрисана, док је десна плоча негативно наелектрисана, тако да је смер електричног поља с лева на десно.

Након што се диелектрик постави између две проводне плоче, позитивно наелектрисање на левој плочи привлачи електроне на оближњој диелектричној површини, а негативно наелектрисање на десној плочи одбија електроне на оближњој диелектричној површини. Електрони у диелектрику, који је изолатор, не могу се слободно кретати као електрони у проводнику. Стога, електрони остају везани за атоме, али постоји поларизација негативно наелектрисаних електрона и позитивно наелектрисаних протона, као што је приказано на слици. Присуство позитивног наелектрисања на десној страни диелектричних атома и негативног наелектрисања на левој страни диелектричних атома ствара електрично поље које је усмерено здесна налево, чиме се слаби електрично поље генерисано електричним наелектрисањем на проводној плочи које је усмерено слева надесно. Дакле, електрично поље се смањује не зато што се електрично наелектрисање на две плоче/проводничке плоче смањује, већ зато што се у диелектрику појављује електрично поље у супротном смеру. Када се диелектрик уклони, јачина електричног поља генерисана електричним наелектрисањем на две плоче/проводничке плоче враћа се у своје првобитно стање.

ПРОЧИТАЈТЕ ТАКОЂЕ  Електрични мотор

Диелектрик 2Ако се јачина електричног поља генерисаног електричним наелектрисањем на две проводне плоче смањи, онда се електрични потенцијал између две проводне плоче такође смањује због електричног поља.Диелектрик 3 Електрицитет је директно пропорционалан електричном потенцијалу као што је наведено у једначини E = V / d, где је E = електрично поље, V = електрични потенцијал и d = растојање између две плоче. Ако је пре постојао диелектрик, електрични потенцијал је био Vo Дакле, након што постоји диелектрик, електрични потенцијал се смањује на V за фактор K. Математички, Vo = KV или V = Vo / К или К = Вo / V, где је K = диелектрична константа. Vo > V тако да је K>1.
Треба напоменути да се количина електричног наелектрисања на обе плоче/проводничке плоче не мења, тако да је коначна количина наелектрисања иста као и почетна количина наелектрисања (Q = Qo). Промена капацитета кондензатора се израчунава помоћу следеће формуле:

Диелектрик 4

Опис формуле: C = коначни капацитет, Co = почетни капацитет, Q = коначно наелектрисање, Qo = почетно наелектрисање, V = коначни потенцијал, Vo = почетни потенцијал, K = диелектрична константа

На основу горње једначине, закључује се да је почетни капацитет (Co) је мањи док је коначни капацитет (C) већи. Капацитивност се повећава за фактор K, где је K диелектрична константа. Вредност диелектричне константе сваког изолационог материјала варира. Диелектрична константа (K) је резултат поређења капацитета кондензатора када се користи диелектрик са капацитетом кондензатора када се диелектрик не користи.

Диелектрици повећавају капацитивност јер се смањује растојање између две проводне плоче.

Још једна функција диелектрика је да смањи растојање (d) између две проводне плоче тако да се електрично поље (E) и електрични напон (V) између две проводне плоче/плоче повећавају, као што је наведено једначином E = V / d. Ако се електрично поље и електрични напон између две плоче/плоче повећавају, онда се повећава и капацитет кондензатора.
Ако је кондензатор у питању паралелно-плочасти, онда се његов капацитет израчунава помоћу следеће формуле:

ПРОЧИТАЈТЕ ТАКОЂЕ  Што се тиче значајних цифра

Диелектрик 5

На основу две горе наведене формуле, може се закључити да се капацитет (C) плочастог кондензатора може повећати смањењем растојања између две плоче/проводничких слојева (d).

Диелектрици повећавају капацитивност јер се диелектрична чврстоћа кондензатора повећава.

Диелектрици су направљени од изолационих материјала који, када се поставе у веома јако електрично поље, доживљавају пробој. Пробој диелектрика се дешава када је електрично поље толико јако да узрокује избацивање електрона из атома, где се ови електрони сударају са електронима у другим атомима, узрокујући ток електрона унутар диелектрика. Другим речима, пробој диелектрика узрокује да диелектрик, који је електрични изолатор, постане електрични проводник.

Да би се избегла оштећења, сваки диелектрик направљен од одређеног изолационог материјала има максималну вредност електричног поља коју може да издржи, што се назива диелектрична чврстоћа. Диелектрична чврстоћа изолационог материјала је већа од диелектричне чврстоће ваздуха и сваки изолациони материјал има различиту диелектричну чврстоћу, неки су мали, а неки велики. Дакле, ако се користи диелектрик са великом диелектричном чврстоћом, електрично поље које може да задржи је веће, а електрични напон који може да задржи је такође већи. Ако су електрично поље и електрични напон генерисани од стране две плоче/проводнички листови већи, количина електричног наелектрисања коју проводна плоча може да прими је већа. Што је више наелектрисања у проводној плочи, већи је капацитет кондензатора.

 

Оставите коментар