Dielektrikum

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

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

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 χ_e 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

A síkkondenzátor kapacitása egyenesen arányos a benne levő dielektrikum permittivitásával:

C=\varepsilon _{r}\varepsilon _{0}\cdot {A \over d},

ahol C a kapacitás, ε_r a dielektrikum relatív permittivitása, $\varepsilon _{0}\approx 8{,}852\cdot 10^{-12}{{\mbox{As}} \over {\mbox{Vm}}}$ 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

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

$\mathrm {tg} \delta ={\frac {\Im e^{*}(w)}{\Re e^{*}(w)}},$

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

Átütési feszültség

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