Диелектрик је изолатор који раздваја две плоче или слојеве проводника на кондензатору. Изолатори су материјали који не могу да проводе електричну струју, на пример, пластика, стакло, папир или дрво. Диелектрична функција је да повећа капацитет како би кондензатор могао да складишти више електричног наелектрисања и електричне потенцијалне енергије.
Кондензатор може да функционише ако се обе проводне плоче не додирују , тако да се електрично наелектрисање не би померало са једног проводника на други. Слично томе, да се електрично наелектрисање не би померало из проводника у ваздух, простор између два проводника мора бити вакуум. У теми о паралелним плочама, разматран је капацитет паралелних плочастих кондензатора који су раздвојени вакуумом. Капацитивност кондензатора у вакууму има ограничења, тако да да би се повећала капацитивност, диелектрик се поставља између две плоче.
Диелектрик повећава капацитет јер се електрични потенцијал између две проводне плоче смањује
Зашто се капацитет кондензатора повећава након што се диелектрик постави између две плоче или слоја? Да бисмо сазнали одговор на ово питање, прво се сетимо лекције о електричном наелектрисању. Истонаелектрисана наелектрисања се међусобно одбијају, док се различита наелектрисања привлаче. На пример, позитивно наелектрисање привлачи негативно наелектрисање, али одбија позитивно наелектрисање. Зашто онда негативно наелектрисана пластика може да привуче мале комаде папира који нису електрично наелектрисани? То се дешава зато што комад папира доживљава поларизацију наелектрисања.
Електрони у изолационим материјалима као што је папир не могу се слободно кретати као електрони у проводним материјалима. Дакле, када се негативно наелектрисана пластика приближи комаду папира, електрони који су везани за атом се одбијају од негативно наелектрисане пластике. Тако долази до поларизације негативног и позитивног наелектрисања на папиру. Негативно наелектрисање на папиру је даље од пластике, док је позитивно наелектрисање на папиру на растојању ближе пластици. Затим, негативно наелектрисање на пластици повлачи позитивно наелектрисање на комаду папира док се папир не приближи пластици.
Процес поларизације наелектрисања који се јавља на комадима папира сличан је поларизацији наелектрисања која се јавља у диелектрику. Као што је приказано на слици са леве стране, на пример, у почетку су постојала само два комада електрично наелектрисаних проводника. 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. Такође, 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 атом, 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 доводи до електричног поља. Које се креће с десна на лево, што слаби електрично поље генерисано електричним наелектрисањем на проводној плочи, које се креће с лева на десно. Дакле, електрично поље се смањује не зато што се електрично наелектрисање на две плоче/листови проводника смањује, већ зато што се електрично поље појављује у диелектрику у супротном смеру. Ако се диелектрик ослободи, јачина електричног поља генерисана електричним наелектрисањем на две плоче или листови проводника се враћа у нормалу.
If
Када се јачина електричног поља генерисаног електричним наелектрисањем на обе проводне плоче смањи, смањује се и електрични потенцијал између две проводне плоче. Пошто је електрично поље директно пропорционално 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 диелектрика електрични потенцијал Vo, онда се после диелектрика електрични потенцијал смањује на V за фактор K.
Математички, Vo = KV или V = Vo / K или K = Vo / V, где је K = диелектрична константа. Vo > V тако да је K > 1.
Молимо вас да имате у виду да се количина електричног наелектрисања на обе плоче или слојеви проводника не мења, тако да је количина коначног наелектрисања једнака количини почетног наелектрисања (Q = Qo). Промена капацитета кондензатора се израчунава на следећи начин:
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) мањи, док је коначни капацитет (C) већи. Капацитет се повећава за фактор K, где је K диелектрична константа. Вредност диелектричне константе сваког изолационог материјала варира. Диелектрична константа (K) је резултат односа капацитета кондензатора када се користи диелектрик и капацитета кондензатора када се диелектрик не користи.
Диелектрични капацитет се повећава јер се растојање између две проводне плоче смањује
Још једна диелектрична функција је смањење растојања (d) између две проводне плоче. Тако се електрично поље (E) и електрични напон (V) између две проводне плоче или слојева повећавају, као што је наведено једначином E = V / d. Ако се електрично поље и електрични напон између две плоче или слојева повећавају, онда се повећава и капацитет кондензатора.
Ако су кондензатори о којима је реч паралелни, капацитет се израчунава помоћу следеће формуле:
На основу две горе наведене формуле, може се закључити да се капацитет (C) плочастих кондензатора може повећати смањењем растојања између две плоче или проводних слојева (d).
Диелектрични капацитет се повећава јер се капацитет кондензатора повећава
Диелектрик је направљен од изолационог материјала који ће, ако се налази у јаком електричном пољу, бити оштећен. Оштећење диелектрика настаје када је електрично поље толико јако да може да помери електроне са атома, а затим електрони ударају у електроне на другим атомима тако да долази до протока електрона у диелектрику. Другим речима, оштећење диелектрика узрокује да се диелектрик, који је електрични изолатор, претвори у електрични проводник.
Да би се избегла оштећења, сваки диелектрик направљен од одређеног изолационог материјала има максималну вредност електричног поља коју може да поднесе, названу 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 који има велику диелектричну чврстоћу, електрично поље које може да поднесе је веће, а напон који може да поднесе је такође већи. Ако су електрично поље и електрични напон који генеришу две плоче или листови проводника већи, већа је количина електричног наелектрисања коју проводна плоча може да прими. Што је више наелектрисања унутар проводне плоче, већи је капацитет кондензатора.
