Dielektrikum

elektromosan szigetelő tulajdonságú anyag

A dielektrikum elektromosan szigetelő anyag, ami azt jelenti, hogy rossz az elektromos vezetőképessége, mert nincsenek benne szabad töltéshordozók. Az ilyen anyagok fajlagos ellenállása nagyobb, mint 108 Ωm.

Alkalmazása

szerkesztés

Tipikus alkalmazás, amikor a kondenzátor lemezei közé dielektrikumot helyeznek, hogy nagyobb legyen az elektromos kapacitása és az átütési feszültsége. A jó dielektrikum poláros molekulái a külső elektromos tér rákapcsolásakor az erőtér irányába állnak be. Ez a dielektromos polarizáció jelensége, ami növeli a kondenzátor kapacitását.

Jellemzői

szerkesztés

A dielektrikumokra jellemző mennyiségek a dielektromos állandó vagy permittivitás, az elektromos szuszceptibilitás, a veszteségi szög és az átütési feszültség. Az iparban alkalmazott dielektrikumok nagyon magas átütési feszültségű, nagy szakítószilárdságú, vegyileg stabil, kúszóárammal szemben ellenálló anyagok. A χe szuszceptibilitás, vagy más néven dielektromos szuszceptibilitás, azt jellemzi, hogy a szigetelő mennyire polarizálódik külső elektromos tér hatására. A permittivitás, a szuszceptibilitás, és az adott közegben a fény terjedési sebessége egymással összefüggő mennyiségek.

Permittivitás

szerkesztés

A síkkondenzátor kapacitása egyenesen arányos a benne levő dielektrikum permittivitásával:

 

ahol C a kapacitás, εr a dielektrikum relatív permittivitása,   a vákuum permittivitása, A a fegyverzetek felülete, és d a fegyverzetek közötti távolság.

Néhány anyag relatív permittivitása:

paraffin 1,9 - 2,2
csillám 4 - 8
üveg 5 - 16
porcelán 6 - 8
speciális kerámiák ~ 100
bárium-titanát ~ 1000
víz 81
etil-alkohol 24
petróleum 2,1
levegő 1,000 59
neoprén 6,7
papír 3,7
kvarc 4,3
stroncium-titanát 300
réz-oxid 18
titán-dioxid ~ 80
CaTiO3 ~ 160
(SrBi)TiO3 ~ 1000
benzol ~ 2,3
nitrobenzol 37
hidrogén 1,000264
kén-dioxid 1,0099

A levegő relatív permittivitása jó közelítéssel egynek vehető, mert a gyakorlatban előforduló számolások pontossága ennél a közelítésnél rosszabb. A víz kiugróan magas permittivitása a vízmolekula erős polározottságának, és ebből következő nagy dipólusnyomatékának köszönhető.

Veszteségi szög

szerkesztés

A dielektromos veszteségi tényezőnek is nevezett veszteségi szög a D dielektrikus eltolás és az E erőtér által bezárt szög. Kiszámítása:

 

ahol e*(w) a komplex permittivitás, és w a váltóáram frekvenciája.

Átütési feszültség

szerkesztés

Az átütési feszültség az a feszültség, aminél a dielektrikum vezetővé válik. Nagysága egyenesen arányos a dielektrikum vastagságával, mértékegysége a V/m. Gyakorlati okok miatt azonban sokszor a MV/cm mértékegységet használják. Szilárd dielektrikumban a vezetővé válás egy visszafordíthatatlan folyamat. A folyékony és a gáz halmazállapotú dielektrikumokban a diffúzió révén helyreáll a szigetelőképesség, bár a kémiai reakciók termékei az anyagban maradnak.

Táblázat a dielektrikumok átütési feszültségéről. Az adatok MV/cm-ben értendők.

paraffin 0
csillám 0,25 - 0,42
üveg 0,4 - 1,4
porcelán 0,1 - 0,4
speciális kerámiák 0,45
bárium-titanát > 0,0025
víz 0,3
etil-alkohol
petróleum
levegő > 0,025 (nyomásfüggő)
neoprén 0
papír 0,025 - 0,04
kvarc 0,4 - 0,6
stroncium-titanát
réz-oxid
titán-dioxid 1 - 2
CaTiO3 ~
(SrBi)TiO3 ~
benzol 1,6
nitrobenzol 0
hidrogén
kén-dioxid

További információk

szerkesztés