Dielektrikum
Physik
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Definition｜
Wirkung auf ein umgebendes Feld｜
Das Dielektrikum im Kondensator｜
Das Dieelektrikum in der Optik｜
Fußnoten
Definition
Nichtleitender Stoff, Elektronen sind nicht frei beweglich: ein Dielektrikum ist ein Material, in dem die vorhanden Elektronen nicht frei beweglich sind. Ein Dielektrium in einem elektrischen Feld leitet somit keinen elektrischen Strom und ist damit ein Isolator.
Wirkung auf ein umgebendes Feld
Ein Dielektrium schwächt von außen angelegte elektrischer Felder. Unterschiedliche Dielektrika schwächen äußere Felder unterschiedlich stark. Das Maß der Schwächung im Vergleich zum Vakuum nennt man die spezifische Permittivität ↗
Das Dielektrikum im Kondensator
In einem Kondensator hat das Material eines Dielektrikums mindestens Funktionen. Zum einen dient es als Abstandshalter zwischen den Kondensatorplatten. Es verhindert damit, dass sich die Kondensatorplatten gegenseitig berühren und somit ein unerwünschter Kurzschluss entsteht.
Zum anderen erhöht das Dielektrikum die Kapazität des Kondensators: bei einem Dielektrikum können die Elektronen nicht frei fließen. In einem äußeren elektrischen Feld werden die Elektronen aber im zeitlichen Mittel innerhalb eines Atoms hin zu positiven Platte des Kondensators bewegt, während die Atomkerne etwas hin zur negativen Platte bewegt gedacht werden. Diesen Effekt nennt man Influenz. Durch diese Verschiebung der Ladungen innerhalb des Dielektrikums wird das eigentliche Kondensatorfeld geschwächt. Damit kann der Kondensator bei gleicher angelegter Spannung aber wiederum mehr Ladungen auf seinen Platten aufnehmen. Diese Erhöhung der Kapazität des Kondensators (in Farad) ist ein zweiter gewünschter Effekt des Dielektrikums. Siehe auch Kondensator (Elektrotechnik) ↗
Das Dieelektrikum in der Optik
Geht eine elektromagnetische Welle durch ein Dieleketrikum, so wird sie abhängig von ihrer Frequenz in ihrer Richtung geändert, sie erfährt also eine Brechung. Wie stark die Brechung ist, hängt auch von der Frequenz der Welle ab.[1] Die Brechzahl n hängt dabei von den elektrischen und magnetischen Materialkonstanten ɛᵣ und µᵣ ab:
n = √(ɛᵣ·µᵣ)
Legende
Fußnoten
- [1] "Bewegt sich eine elektromagnetische Welle durch ein Dielektrikum, so erfährt sie eine frequenzabhängige Richtungsänderung (Brechung). Die optische Brechzahl n ist mit εᵣ und der relativen magnetischen Permeabilität μᵣ des Materials durch die Maxwell-Relation" verbunden." Diese lautet: n = √(ɛᵣ·µᵣ). In: der Artikel "Dielektrizitätskonstante". Spektrum Lexikon der Physik. 6 Bände. Greulich, Walter (Hrsg.) Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, Berlin. 1998-2000. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/dielektrizitaetskonstante/3040