Dielektrizitätskonstante vs. Permittivität
In der Elektromagnetik ist die Permittivität, auch als absolute Permittivität bekannt, ein Maß für die elektrische Polarisation eines Dielektrikums oder Isolators. Die Dielektrizitätskonstante eines Isolators misst die Fähigkeit des Isolators oder Dielektrikums, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Die relative Permittivität, bezeichnet mit εr, ist dieselbe Größe wie die Dielektrizitätskonstante, die mit κ (Kappa) bezeichnet wird. Die Dielektrizitätskonstante wird zwar noch verwendet, aber von Normungsorganisationen im Ingenieurwesen als veraltet betrachtet.
Grundlagen der Permittivität
Die Permittivität charakterisiert auch die Fähigkeit des Dielektrikums, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Ein Material mit hoher Permittivität, wie Strontiumtitanat, polarisiert sich stärker als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld als ein Material mit niedriger Permittivität und speichert somit mehr Energie im Material. In der Elektrostatik spielt die Permittivität eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Kapazität eines Kondensators.
Absolute und relative Permittivität
Die absolute Permittivität wird oft durch die dimensionslose relative Permittivität, εr, dargestellt, die das Verhältnis der absoluten Permittivität ε zum Vakuumpermittivität ε0 ist. Der Hauptunterschied zwischen relativer und absoluter Permittivität besteht darin, dass die relative Permittivität eine dimensionslose Einheit ist, während die absolute Permittivität in Farad pro Meter gemessen wird. Die relative Permittivität eines Vakuums ist definitionsgemäß eins. Da Luft größtenteils leerer Raum ist, ist ihre gemessene relative Permittivität nur geringfügig größer als eins (κLuft = 1.0006).
Einfluss auf die Kapazität
Sogar gewöhnliches Papier kann die Kapazität eines Kondensators erheblich erhöhen, und einige Materialien, wie Strontiumtitanat, können die Kapazität um mehr als zwei Größenordnungen erhöhen. Je größer die relative Permittivität, desto größer ist die Menge an Ladung, die gehalten werden kann. Die Kapazität eines Kondensators wird um den Faktor der relativen Permittivität erhöht, wenn der Zwischenraum zwischen den Platten vollständig mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Die Kapazität berechnet sich dann als:
C = εrC0 = κeC0
Wobei C0 die Kapazität zwischen den Platten ohne Dielektrikum ist.
Vakuumpermittivität
Die Vakuumpermittivität (auch Permittivität des freien Raums oder elektrische Konstante genannt), ε0, ist eine physikalische Konstante, die ein Maß dafür ist, wie dicht ein elektrisches Feld als Reaktion auf elektrische Ladungen entstehen darf. Sie steht auch in Verbindung mit der im elektrischen Feld gespeicherten Energie und der Kapazität. Überraschenderweise ist sie auch grundlegend mit der Lichtgeschwindigkeit verbunden.
