Dielektrik

İki plaka/iletken levha birbirine temas etmediği ve elektrik yükünün bir iletkenden diğerine geçmediği sürece bir kondansatör çalışabilir. Benzer şekilde, elektrik yükünün iletkenden havaya geçmemesi için iki iletken arasındaki boşluğun vakum olması gerekir. Paralel plakalı kondansatörler hakkındaki makalede, iki plakanın vakumla ayrıldığı paralel plakalı bir kondansatörün kapasitansı ele alınmıştır. Vakumdaki bir kondansatörün kapasitansının sınırları vardır, bu nedenle kapasitansı artırmak için iki plaka/iletken levha arasına bir dielektrik malzeme yerleştirilir.

Dielektrik, bir kondansatörün iki iletken plakasını ayıran bir yalıtkandır. Yalıtkan, plastik, cam, kağıt veya ahşap gibi elektriği iletmeyen bir malzemedir. Dielektriğin işlevi, kapasitansı artırarak kondansatörün büyük miktarda elektrik yükü ve potansiyel enerji depolamasını sağlamaktır.

Dielektrikler, iki iletken plaka arasındaki elektriksel potansiyeli azalttığı için kapasitansı artırır.

İki plaka/iletken levha arasına bir dielektrik malzeme yerleştirildikten sonra kondansatörün kapasitesi neden artar? Bu sorunun cevabını bulmak için öncelikle derste öğrendiklerimizi hatırlayalım. Elektrik yüküAynı elektrik yüküne sahip cisimler birbirini iterken, zıt elektrik yüküne sahip cisimler birbirini çeker. Örneğin, pozitif yükler birbirini çeker. Dielektrik 1Negatif yüklü plastik, elektrik yüklü olmayan küçük kağıt parçalarını çekerken, pozitif yüklü plastik onları iter. Peki neden negatif yüklü plastik, elektrik yüklü olmayan küçük kağıt parçalarını çekebilir? Bunun nedeni, kağıt parçalarının yük polarizasyonuna uğramasıdır. Kağıt gibi yalıtkan malzemelerdeki elektronlar, iletken malzemelerdeki elektronlar gibi serbestçe hareket edemez. Bu nedenle, negatif yüklü plastik kağıt parçalarına yaklaştırıldığında, atomlara bağlı elektronlar negatif yüklü plastikten uzaklaşır ve bu da kağıt üzerindeki negatif ve pozitif yükün polarizasyonuna neden olur. Kağıt üzerindeki negatif yük plastikten daha uzakta, kağıt üzerindeki pozitif yük ise plastiğe daha yakındır. Dahası, plastik üzerindeki negatif yük, kağıt parçalarındaki pozitif yükü çeker ve daha hafif olan kağıt plastiğe daha yakınlaşır.

AYRICA OKUYUN  Black İlkesi örnek soruları

Bir kağıt parçasında meydana gelen polarizasyon süreci veya yük polarizasyonu, bir dielektrikte meydana gelen yük polarizasyonuna benzer. Örneğin, soldaki resimde gösterildiği gibi, başlangıçta yalnızca iki elektrik yüklü iletken plaka vardır. Sol plaka pozitif yüklü, sağ plaka ise negatif yüklüdür, bu nedenle elektrik alanının yönü soldan sağa doğrudur.

İki iletken plaka arasına dielektrik yerleştirildikten sonra, sol plakadaki pozitif yük, yakındaki dielektrik yüzeyindeki elektronları çekerken, sağ plakadaki negatif yük de yakındaki dielektrik yüzeyindeki elektronları iter. Yalıtkan olan dielektrikteki elektronlar, iletkendeki elektronlar gibi serbestçe hareket edemezler. Bu nedenle, elektronlar atomlara bağlı kalır, ancak resimde gösterildiği gibi negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü protonlar arasında bir polarizasyon oluşur. Dielektrik atomlarının sağ tarafında pozitif yük ve sol tarafında negatif yük bulunması, sağdan sola doğru yönlenmiş bir elektrik alanı oluşturarak, iletken plakadaki elektrik yükünün soldan sağa doğru oluşturduğu elektrik alanını zayıflatır. Dolayısıyla elektrik alanının azalması, iki plaka/iletken levhadaki elektrik yükünün azalmasından değil, dielektrikte zıt yönde bir elektrik alanının oluşmasından kaynaklanır. Dielektrik malzeme kaldırıldığında, iki plaka/iletken levha üzerindeki elektrik yükünün oluşturduğu elektrik alan şiddeti orijinal durumuna geri döner.

AYRICA OKUYUN  Dalga yayılma hızı formülü

Dielektrik 2İki iletken levha üzerindeki elektrik yükünün oluşturduğu elektrik alanın şiddeti azalırsa, elektrik alan nedeniyle iki iletken levha arasındaki elektrik potansiyeli de azalır.Dielektrik 3 Elektrik, E = V / d denkleminde belirtildiği gibi elektrik potansiyeliyle doğru orantılıdır; burada E = elektrik alanı, V = elektrik potansiyeli ve d = iki plaka arasındaki mesafedir. Eğer daha önce bir dielektrik madde varsa, elektrik potansiyeli V'dir.o Dolayısıyla, bir dielektrik madde oluştuğunda, elektrik potansiyeli K faktörüyle V'ye düşer. Matematiksel olarak, Vo = KV veya V = Vo / K veya K = Vo / V, burada K = dielektrik sabiti. Vo > V öyle ki K>1 olsun.
Şunu belirtmek gerekir ki, her iki plaka/iletken levha üzerindeki elektrik yükü miktarı değişmez, dolayısıyla son yük miktarı ilk yük miktarıyla aynıdır (Q = Q).oKondansatörün kapasitansındaki değişim aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

Dielektrik 4

Formül açıklaması: C = son kapasitans, Co = ilk kapasitans, Q = son yük, Qo = ilk yük, V = son potansiyel, Vo = ilk potansiyel, K = dielektrik sabiti

Yukarıdaki denkleme dayanarak, başlangıç ​​kapasitansının (C o ) daha küçük, son kapasitansın (C ) ise daha büyük olduğu sonucuna varılmıştır. Kapasitans, K faktörüyle artar; burada K, dielektrik sabitidir. Her yalıtım malzemesinin dielektrik sabiti değeri farklıdır. Dielektrik sabiti (K), bir kapasitörün dielektrik malzeme kullanıldığında elde edilen kapasitansının, dielektrik malzeme kullanılmadığında elde edilen kapasitansıyla karşılaştırılması sonucudur.

Dielektrikler, iki iletken plaka arasındaki mesafe azaldıkça kapasitansı artırır.

Dielektrik malzemenin bir diğer işlevi de, iki iletken plaka/levha arasındaki mesafeyi (d) azaltarak, E = V / d denkleminde belirtildiği gibi, iki iletken plaka/levha arasındaki elektrik alanının (E) ve elektrik geriliminin (V) artmasını sağlamaktır. İki plaka/levha arasındaki elektrik alanı ve elektrik gerilimi artarsa, kondansatörün kapasitesi de artar.
Söz konusu kondansatör paralel plakalı ise, kapasitesi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

AYRICA OKUYUN  Ultraviyole Işınları Hakkında Örnek Sorular

Dielektrik 5

Yukarıdaki iki formüle dayanarak, paralel plakalı bir kondansatörün kapasitansının (C), iki plaka/iletken levha arasındaki mesafeyi (d) azaltarak artırılabileceği sonucuna varılabilir.

Dielektrikler, kapasitörün dielektrik dayanımı arttığı için kapasitansı artırır.

Dielektrikler, çok güçlü bir elektrik alanına maruz kaldıklarında kırılmaya uğrayan yalıtım malzemelerinden yapılmıştır. Dielektrik kırılması, elektrik alanının o kadar güçlü olması durumunda meydana gelir ki, elektronların atomlardan kopmasına ve bu elektronların diğer atomlardaki elektronlarla çarpışmasına neden olarak dielektrik içinde elektron akışına yol açar. Başka bir deyişle, dielektrik kırılması, elektriksel olarak yalıtkan olan dielektriğin elektriksel olarak iletken hale gelmesine neden olur.

Hasar oluşmasını önlemek için, belirli bir yalıtım malzemesinden yapılmış her dielektrik malzemenin dayanabileceği maksimum bir elektrik alan değeri vardır; bu değere dielektrik dayanımı denir. Bir yalıtım malzemesinin dielektrik dayanımı, havanın dielektrik dayanımından daha büyüktür ve her yalıtım malzemesinin farklı bir dielektrik dayanımı vardır; bazıları küçük, bazıları büyüktür. Bu nedenle, yüksek dielektrik dayanımına sahip bir dielektrik malzeme kullanılırsa, tutulabilecek elektrik alanı ve elektrik voltajı da daha büyük olur. İki plaka/iletken levha tarafından üretilen elektrik alanı ve elektrik voltajı daha büyükse, iletken levha tarafından tutulabilecek elektrik yükü miktarı da daha büyük olur. İletken levhada ne kadar çok yük varsa, kondansatörün kapasitesi de o kadar büyük olur.

 

Yorum ekle