Materialer er kategoriseret som ledere, isolatorer og halvledere baseret på deres elektriske ledende egenskaber. Hvert materiale består af molekyler, som igen består af atomer. Når de udsættes for elektrisk felt, gennemgår disse atomer i materialet visse forskydninger og ændringer i egenskaber. I oktober 1745 viste et eksperiment udført af Ewald Georg von Kleist fra Tyskland ved at forbinde en højspændings elektrostatisk generator til et volumen vand opsamlet i en håndholdt krukke ved hjælp af en ledning, at opladning kan lagres. Ved hjælp af dette fænomen opfandt Pieter van Musschenbroek den første kondensator kaldet 'Leyden Jar'. Den nye materielle egenskab, der understøttede denne opfindelse, var 'Dielektrisk'.
Hvad er den dielektriske?
Hvert materiale består af atomer. Atomer indeholder både negativt og positivt ladede partikler. Atomens centrale kerne er positivt ladet. I ethvert materiale er atomerne arrangeret som dipoler repræsenteret med en positiv og negativ ladning ved sin ende. Når disse materialer udsættes for elektrisk felt, finder dipolmoment sted.
Et ledermateriale begynder at lede, når der tilføres elektricitet. En isolator modsætter sig strømmen af elektricitet, da den ikke har nogen frit bevægelige elektroner i sin struktur. Men Dielectric er en speciel type isolator, der ikke leder elektricitet, men bliver polariseret, når den udsættes for elektricitet.
Polarisering-i-dielektrisk
I dielektriske materialer forskydes de positive ladninger, der er til stede i materialet, i retning af det påførte elektriske felt, når de udsættes for det elektriske felt. De negative ladninger forskydes i den modsatte retning af det anvendte elektriske felt. Dette fører til dielektrisk polarisering. I dielektrisk materiale strømmer ikke elektriske ladninger gennem materialet. Polarisering reducerer det samlede felt for dielektrikummet.
Dielektrisk egenskaber
Udtrykket Dielectric blev først introduceret af William Whewell. Det er kombinationen af to ord - 'Dia' og 'elektrisk'. Den elektriske ledningsevne for et perfekt dielektrikum er nul. Et dielektrikum lagrer og spreder den elektriske energi svarende til en ideel kondensator. Nogle af de vigtigste egenskaber ved et dielektrisk materiale er elektrisk susceptibilitet, dielektrisk polarisering, dielektrisk dispersion, dielektrisk afslapning, tunbarhed osv ...
Elektrisk modtagelighed
Hvor let et dielektrisk materiale kan polariseres, når det udsættes for et elektrisk felt, måles af den elektriske følsomhed. Denne mængde bestemmer også materialets elektriske permeabilitet.
Dielektrisk polarisering
Et elektrisk dipolmoment er et mål for adskillelse af negativ og positiv ladning i systemet. Forholdet mellem dipolmomentet (M) og det elektriske felt (E) giver anledning til egenskaberne for dielektrikum. Når det påførte elektriske felt fjernes, vender atomet tilbage til dets oprindelige tilstand. Dette sker på en eksponentiel henfalds måde. Den tid, det tager for atomet at nå sin oprindelige tilstand, er kendt som afslapningstid.
Total polarisering
Der er to faktorer, der bestemmer polariseringen af dielektrikum. De er dannelsen af dipolmoment og deres orientering i forhold til det elektriske felt. Baseret på den elementære dipoltype kan der enten være elektronisk polarisering eller ionisk polarisering. Elektronisk polarisering Peropstår, når de dielektriske molekyler, der danner dipolmomentet, er sammensat af neutrale partikler.
Ionisk polarisering Pjegog elektronisk polarisering er begge uafhængige af temperaturen. Permanente dipolmomenter produceres i molekylerne, når der er en asymmetrisk fordeling af ladning mellem forskellige atomer. I sådanne tilfælde orienterer polarisering Pellerobserveres. Hvis der er en gratis ladning i det dielektriske materiale, vil det føre til rumladningspolarisering Ps. Den samlede polarisering af dielektrikum involverer alle disse mekanismer. Den totale polarisering af det dielektriske materiale er således
PTotal= Pjeg+ Per+ Peller+ Ps
Dielektrisk spredning
Når P er den maksimale polarisering, der opnås af dielektrikummet, trer afslapningstiden for en bestemt polarisationsproces, kan den dielektriske polarisationsproces udtrykkes som
P (t) = P [1-exp (-t / tr)]
Afslapningstiden varierer for forskellige polarisationsprocesser. Elektronisk polarisering er meget hurtig efterfulgt af ionisk polarisering. Orienteringspolarisering er langsommere end ionisk polarisering. Rumladningspolarisering er meget langsom.
Dielektrisk opdeling
Når der anvendes højere elektriske felter, begynder isolatoren at lede og opfører sig som en leder. Under sådanne forhold mister dielektriske materialer deres dielektriske egenskaber. Dette fænomen er kendt som dielektrisk opdeling. Det er en irreversibel proces. Dette fører til svigt af dielektriske materialer.
Typer af dielektrisk materiale
Dielektrik er kategoriseret ud fra den type molekyle, der er til stede i materialet. Der er to typer dielektrikum - Polær dielektrikum og Ikke-polær dielektrikum.
Polær dielektrik
I polære dielektrikum falder massepunktet af positive partikler ikke sammen med massepunktet for negative partikler. Her findes dipolmomentet. Molekylerne har asymmetrisk form. Når det elektriske felt påføres, tilpasser molekylerne sig med det elektriske felt. Når det elektriske felt fjernes, observeres tilfældigt dipolmoment, og nettodipolmomentet i molekylerne bliver nul. Eksempler er H2O, CO2 osv ...
Ikke-polær dielektrik
I de ikke-polære dielektrikum falder massepunktet af positive partikler og negative partikler sammen. Der er intet dipolmoment i disse molekyler. Disse molekyler har symmetrisk form. Eksempler på ikke-polære dielektrikum er H2, N2, O2 osv ...
Eksempler på dielektrisk materiale
Dielektriske materialer kan være faste stoffer, væsker, gasser og vakuum. Faste dielektrikum anvendes meget inden for elektroteknik. Nogle eksempler på solgt dielektrikum er porcelæn, keramik, glas, papir osv. ... Tør luft, nitrogen, svovlhexafluorid og oxider af forskellige metaller er eksempler på gasformige dielektrikum. Destilleret vand, transformerolie er almindelige eksempler på flydende dielektrikum.
Anvendelser af dielektrisk materiale
Nogle af anvendelserne af dielektrikum er som følger -
- Disse bruges til energilagring i kondensatorer .
- For at forbedre ydelsen af en halvlederindretning anvendes dielektriske materialer med høj permittivitet.
- Dielektrics bruges i Væsker med krystaldisplay.
- Keramisk dielektrikum anvendes i dielektrisk resonatoroscillator.
- Barium Strontium Titanate-tynde film er dielektriske, som anvendes i mikrobølgeovne, der kan afstemmes, hvilket giver høj afstemningsevne og lav lækstrøm.
- Parylene bruges i industrielle belægninger fungerer som en barriere mellem underlaget og det ydre miljø.
- I elektrisk transformere anvendes mineralolier som et flydende dielektrikum, og de hjælper med afkøling.
- Castorolie bruges i højspændingskondensatorer for at øge dens kapacitansværdi.
- Elektreter, et specielt bearbejdet dielektrisk materiale fungerer som elektrostatisk svarende til magneter.
Ofte stillede spørgsmål
1). Hvad er brugen af dielektrikum i kondensatorer?
Dielektricer, der anvendes i kondensatoren, hjælper med at reducere det elektriske felt, hvilket igen reducerer spændingen og derved øger kapacitansen.
2). Hvilket dielektrisk materiale er meget brugt i kondensatorer?
I kondensatorer anvendes dielektriske materialer såsom glas, keramik, luft, glimmer, papir, plastfilm.
3). Hvilket materiale har den højeste dielektriske styrke?
Et perfekt vakuum bemærkes at have den højeste dielektriske styrke.
4). Er alle isolatorer dielektriske?
Nej, selv om dielektrikerne opfører sig som isolatorer, er ikke alle isolatorer dielektriske.
Dielektrics udgør således en vigtig del af kondensatorer. Et godt dielektrisk materiale skal have god dielektrisk konstant, dielektrisk styrke, lav tabsfaktor, høj temperaturstabilitet, høj lagringsstabilitet, god frekvensrespons og bør kunne ændres til industrielle processer. Dielektrics spiller også en vigtig rolle i højfrekvente elektroniske kredsløb. Måling af materialets dielektriske egenskaber giver information om dets elektriske eller magnetiske egenskaber. Hvad er en dielektrisk konstant?
