Materiali so kategorizirani kot prevodniki, izolatorji in polprevodniki na podlagi njihovih električno prevodnih lastnosti. Vsak material je sestavljen iz molekul, ki so nato sestavljeni iz atomov. Ko so ti atomi izpostavljeni električnemu polju, se v materialu premaknejo in spremenijo lastnosti. Oktobra 1745 je poskus, ki ga je izvedel Ewald Georg von Kleist iz Nemčije, s priključitvijo visokonapetostnega elektrostatičnega generatorja na količino vode, zbrane v ročnem kozarcu z žico, pokazal, da je naboj mogoče shraniti. Pieter van Musschenbroek je s pomočjo tega pojava izumil prvi kondenzator, imenovan 'Leyden Jar'. Nova lastnost materiala, ki je podprla ta izum, je bila 'Dielektrična'.

Kaj je dielektrik?

Vsak material je sestavljen iz atomov. Atomi vsebujejo tako negativno kot pozitivno nabite delce. Osrednje jedro atoma je pozitivno nabito. V katerem koli materialu so atomi razporejeni kot dipoli predstavljen s pozitivnim in negativnim nabojem na koncu. Ko so ti materiali izpostavljeni električnemu polju, nastopi dipolni moment.

Materiali prevodnikov začnejo prevoditi, ko se uporabi elektrika. Izolator nasprotuje pretoku električne energije, saj v svoji strukturi nima prostih elektronov. Toda Dielectric je posebna vrsta izolatorja, ki ne prevaja elektrike, vendar se polarizira, ko je izpostavljen elektriki.

Polarizacija v dielektriku

Pri dielektričnih materialih se pozitivni naboji, prisotni v materialu, izpodrinejo v smeri uporabljenega električnega polja. Negativni naboji se premaknejo v smeri, ki je nasprotna uporabljenemu električnemu polju. To vodi do dielektrične polarizacije. V dielektričnem materialu skozi material ne tečejo električni naboji. Polarizacija zmanjša celotno polje dielektrika.

Lastnosti dielektrika

Izraz Dielectric je prvi uvedel William Whewell. Gre za kombinacijo dveh besed - 'Dia' in 'electric'. Električna prevodnost popolnega dielektrika je enaka nič. Dielektrik shranjuje in odvaja električno energijo, podobno idealnemu kondenzatorju. Nekatere glavne lastnosti dielektričnega materiala so električna občutljivost, dielektrična polarizacija, dielektrična disperzija, dielektrična relaksacija, nastavljivost itd.

Električna občutljivost

Kako enostavno je mogoče polarizirati dielektrični material, če je izpostavljen električnemu polju, se meri z električno občutljivostjo. Ta količina določa tudi električno prepustnost materiala.

Dielektrična polarizacija

Električni dipolni moment je merilo ločevanja negativnega in pozitivnega naboja v sistemu. Razmerje med dipolnim momentom (M) in električnim poljem (E) povzroča lastnosti dielektrika. Ko odstranimo uporabljeno električno polje, se atom vrne v prvotno stanje. To se zgodi na eksponentni način razpada. Čas, ki ga atom potrebuje, da doseže prvotno stanje, je znan kot čas sprostitve.

Popolna polarizacija

Za polarizacijo dielektrika odločita dva dejavnika. So tvorba dipolnega momenta in njihova usmeritev glede na električno polje. Glede na osnovni dipolni tip lahko obstaja elektronska polarizacija ali ionska polarizacija. Elektronska polarizacija P_jese pojavi, ko so dielektrične molekule, ki tvorijo dipolni moment, sestavljene iz nevtralnih delcev.

Jonska polarizacija P_jazin elektronska polarizacija sta neodvisni od temperature. V molekulah nastanejo trajni dipolni momenti, ko obstaja asimetrična porazdelitev naboja med različnimi atomi. V takih primerih orientacijska polarizacija P_alije opaziti. Če je v dielektričnem materialu prisoten prosti naboj, bi to privedlo do polarizacije vesoljskega naboja P_s. Skupna polarizacija dielektrika vključuje vse te mehanizme. Tako je celotna polarizacija dielektričnega materiala

P_Skupaj= P_jaz+ P_je+ P_ali+ P_s

Dielektrična disperzija

Ko je P največja polarizacija, ki jo doseže dielektrik, t_rje čas sprostitve določenega polarizacijskega procesa, lahko dielektrični polarizacijski proces izrazimo kot

“diagram arhitekture računalništva v oblaku z razlago ”

P (t) = P [1-exp (-t / t_r)]]

Čas sprostitve se razlikuje glede na različne polarizacijske procese. Elektronska polarizacija je zelo hitra, čemur sledi ionska polarizacija. Usmerjevalna polarizacija je počasnejša od ionske. Polarizacija vesoljskega naboja je zelo počasna.

Dielektrična razčlenitev

Ko se uporabijo višja električna polja, začne izolator prevoditi in se obnaša kot prevodnik. V takih pogojih dielektrični materiali izgubijo dielektrične lastnosti. Ta pojav je znan kot dielektrična razgradnja. To je nepovraten postopek. To vodi do odpovedi dielektričnih materialov.

Vrste dielektričnega materiala

Dielektriki so razvrščeni glede na vrsto molekule, ki je prisotna v materialu. Obstajata dve vrsti dielektrikov - polarni dielektriki in nepolarni dielektriki.

Polarna dielektrika

Pri polarnih dielektrikih središče mase pozitivnih delcev ne sovpada s središčem mase negativnih delcev. Tu obstaja dipolni moment. Molekule so asimetrične oblike. Ko uporabimo električno polje, se molekule poravnajo z električnim poljem. Ko odstranimo električno polje, opazimo naključni dipolni moment in neto dipolni moment v molekulah postane nič. Primeri so H2O, CO2 itd.

Nepolarni dielektriki

V nepolarnih dielektrikih središče mase pozitivnih in negativnih delcev sovpada. V teh molekulah ni dipolnega momenta. Te molekule so simetrične oblike. Primeri nepolarnih dielektrikov so H2, N2, O2 itd.

Primeri dielektričnega materiala

Dielektrični materiali so lahko trdne snovi, tekočine, plini in vakuum. Trdni dielektriki se zelo uporabljajo v elektrotehniki. Nekateri primeri prodanih dielektrikov so porcelan, keramika, steklo, papir itd. Suh zrak, dušik, žveplov heksafluorid in oksidi različnih kovin so primeri plinastih dielektrikov. Destilirana voda in transformatorsko olje so pogosti primeri tekočih dielektrikov.

Uporaba dielektričnega materiala

Nekatere uporabe dielektrikov so naslednje -

Ti se uporabljajo za shranjevanje energije v Ljubljani kondenzatorji .
Za izboljšanje zmogljivosti polprevodniške naprave se uporabljajo dielektrični materiali z visoko propustnostjo.
Dielektriki se uporabljajo v Zasloni iz tekočih kristalov.
Keramični dielektrik se uporablja v oscilatorju dielektričnega resonatorja.
Tanki filmi barijevega stroncijevega titanata so dielektrični, ki se uporabljajo v mikrovalovnih nastavljivih napravah, ki zagotavljajo visoko nastavljivost in majhen tok uhajanja.
Parilen se uporablja v industrijskih premazih in deluje kot ovira med podlago in zunanjim okoljem.
V električni transformatorji , mineralna olja se uporabljajo kot tekoči dielektrik in pomagajo pri procesu hlajenja.
Ricinusovo olje se uporablja v visokonapetostnih kondenzatorjih za povečanje njegove kapacitivne vrednosti.
Elektreti, posebej obdelani dielektrični material, delujejo kot elektrostatični ekvivalent magnetov.

Pogosta vprašanja

1). Kakšna je uporaba dielektrika v kondenzatorjih?

Dielektriki, uporabljeni v kondenzatorju, pomagajo zmanjšati električno polje, kar posledično zmanjša napetost in s tem poveča kapacitivnost.

2). Kateri dielektrični material se pogosto uporablja v kondenzatorjih?

V kondenzatorjih se pogosto uporabljajo dielektrični materiali, kot so steklo, keramika, zrak, sljuda, papir, plastična folija.

3). Kateri material ima največjo dielektrično trdnost?

Ugotovljeno je, da ima popoln vakuum največjo dielektrično trdnost.

4). Ali so vsi izolatorji dielektriki?

Ne, čeprav se dielektriki obnašajo kot izolatorji, niso vsi izolatorji dielektriki.

Tako dielektriki tvorijo pomemben del kondenzatorjev. Dober dielektrični material mora imeti dobro dielektrično konstanto, dielektrično trdnost, nizek faktor izgube, visokotemperaturno stabilnost, visoko stabilnost skladiščenja, dober frekvenčni odziv in ga je treba prilagoditi industrijskim procesom. Dielektriki igrajo ključno vlogo tudi v visokofrekvenčnih elektronskih vezjih. Merjenje dielektričnih lastnosti materiala daje informacije o njegovih električnih ali magnetnih lastnostih. Kaj je dielektrična konstanta?