Dielektrizitätskonstante
Die Dielektrizitätskonstante, symbolisiert durch κ (Kappa), ist ein Maß für die Fähigkeit eines Isolators oder Dielektrikums, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Diese Konstante ist identisch mit der relativen Permittivität, die durch εr gekennzeichnet wird. Obwohl die Dielektrizitätskonstante in der Ingenieurwissenschaft noch verwendet wird, wird ihr Gebrauch von Normungsgremien nicht mehr empfohlen.
Dielektrizitätskonstante eines Vakuums
Die Dielektrizitätskonstante eines Vakuums ist definitionsgemäß eins. Luft, die größtenteils aus leerem Raum besteht, hat eine Dielektrizitätskonstante, die nur geringfügig über eins liegt. Selbst gewöhnliches Papier kann die Kapazität eines Kondensators erheblich erhöhen. Materialien wie Strontiumtitanat können die Kapazität um mehr als zwei Größenordnungen steigern.
Änderung elektrostatischer Gleichungen
In einem Bereich, der vollständig mit einem Dielektrikum der Dielektrizitätskonstante κe gefüllt ist, müssen alle elektrostatischen Gleichungen, die die Permittivitätskonstante ε0 enthalten, modifiziert werden. Dies geschieht, indem ε0 durch κeε0 ersetzt wird. Je höher die Dielektrizitätskonstante, desto mehr Ladung kann gehalten werden. Die Kapazität eines Kondensators wird um den Faktor der Dielektrizitätskonstante erhöht, wenn der Zwischenraum zwischen den Platten vollständig mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Die Formel dafür lautet: C = εrC0 = κeC0, wobei C0 die Kapazität zwischen den Platten ohne Dielektrikum ist.
Dielektrika
Allgemein ist ein Dielektrikum ein elektrischer Isolator mit hoher Permittivität, was eine hohe Polarisation bedeutet. Wenn ein dielektrisches Material in ein elektrisches Feld gebracht wird, fließen elektrische Ladungen nicht durch das Material, wie es bei einem elektrischen Leiter der Fall wäre, sondern sie verschieben sich nur leicht von ihren durchschnittlichen Gleichgewichtspositionen. Dies führt zu einer dielektrischen Polarisation. Dielektrische Materialien können fest, flüssig oder gasförmig sein, und ihre elektrischen Eigenschaften hängen von Faktoren wie chemischer Zusammensetzung, Temperatur und Frequenz des elektrischen Feldes ab. Gängige Beispiele für feste dielektrische Materialien sind Keramik, Glas, Kunststoffe und bestimmte Arten von Kristallen, wie Quarz. Die elektrischen Eigenschaften von Dielektrika werden durch ihre Permittivität charakterisiert, ein Maß für die Fähigkeit des Materials, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Dielektrische Materialien mit hoher Permittivität können mehr elektrische Energie speichern als solche mit niedriger Permittivität. Die Permittivität eines Materials bestimmt auch seine Kapazität, die Fähigkeit eines Materials, elektrische Energie in einem Kondensator zu speichern.
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