Elektrische Polarisation
Die elektrische Polarisation ist eine leichte relative Verschiebung positiver und negativer elektrischer Ladung in entgegengesetzte Richtungen innerhalb von Atomen oder Molekülen eines Isolators oder Dielektrikums, die durch ein externes elektrisches Feld induziert wird. Durch die Polarisation des Dielektrikums durch das angelegte elektrische Feld wird die Oberflächenladung des Kondensators für die gegebene Feldstärke erhöht. Das Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen zwei Platten induziert eine entgegengesetzte Ladung auf dem Dielektrikum, die dem angelegten elektrischen Feld entgegenwirkt. Das Ergebnis ist, dass das elektrische Feld im Dielektrikum (das den Raum zwischen den Platten füllt) reduziert wird, was dem Kondensator erlaubt, mehr Ladung zu speichern.
Arten der Polarisation
Es gibt drei Arten der Polarisation:
- Elektronische Polarisation: Hierbei werden bei Anwendung des externen Feldes die Elektronenwolken der Atome im Verhältnis zu den schweren Atomkernen innerhalb der Abmessungen dieser Atome verschoben. Dies wird als elektronische Polarisation bezeichnet.
- Orientierungspolarisation: Die Orientierungspolarisation ist eine Polarisation, die entweder den Molekülen inhärent ist oder in jedem Molekül induziert werden kann, in dem eine asymmetrische Verzerrung der Kerne möglich ist (Verzerrungspolarisation). Polare Moleküle sind solche Dielektrika, bei denen die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen positiver und negativer Moleküle null oder null ist. Dies liegt daran, dass sie alle asymmetrisch geformt sind. H2O ist ein typisches Beispiel.
- Ionische Polarisation: Die ionische Polarisation ist eine Polarisation, die durch relative Verschiebungen zwischen positiven und negativen Ionen in ionischen Kristallen (zum Beispiel NaCl) verursacht wird.
Dielektrizitätskonstante
Experimentell wurde festgestellt, dass die Kapazität C zunimmt, wenn der Raum zwischen den Leitern mit Dielektrika gefüllt wird. Die Dielektrizitätskonstante eines Isolators misst die Fähigkeit des Isolators oder Dielektrikums, elektrische Energie in einem elektrischen Feld zu speichern. Die Dielektrizitätskonstante, die mit κ (Kappa) bezeichnet wird, ist die gleiche Größe wie die relative Permittivität εr. Die Dielektrizitätskonstante wird noch verwendet, ist aber von Normungsorganisationen im Ingenieurwesen abgelehnt. Die Dielektrizitätskonstante eines Vakuums ist definitionsgemäß Eins. Da Luft größtenteils leerer Raum ist, ist ihre gemessene Dielektrizitätskonstante nur geringfügig größer als Eins. Selbst gewöhnliches Papier kann die Kapazität eines Kondensators erheblich erhöhen, und einige Materialien, wie Strontiumtitanat, können die Kapazität um mehr als zwei Größenordnungen erhöhen.
In einer Region, die vollständig mit einem Dielektrikum der Dielektrizitätskonstante κe gefüllt ist, müssen alle elektrostatischen Gleichungen, die die Permittivitätskonstante ε0 enthalten, modifiziert werden, indem ε0 durch κeε0 ersetzt wird. Je größer die Dielektrizitätskonstante, desto größer ist die Menge an Ladung, die gehalten werden kann. Die Kapazität eines Kondensators wird durch einen Faktor der Dielektrizitätskonstante erhöht, wenn der Spalt zwischen den Platten vollständig mit einem Dielektrikum gefüllt ist.
C = εrC0 = κeC0, wobei C0 die Kapazität zwischen den Platten ohne Dielektrikum ist.
Weiterführende Artikel
- Kapazität
- Elektrische Polarisation
- Permittivität
