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Materialeigenschaften: Dielektrika

Materialeigenschaften: Dielektrika. Antwort auf ein elektrisches Feld. Inhalt. Definition der „ relativen Permittivität“ ( vormals „ Dielektrizitätszahl“ ) Materialeigenschaften, makroskopisch und auf atomarer Skala: Verschiebungspolarisation Orientierungspolarisation Dielektrika

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Materialeigenschaften: Dielektrika

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Presentation Transcript

  1. Materialeigenschaften:Dielektrika Antwort auf ein elektrisches Feld

  2. Inhalt • Definition der „relativen Permittivität“ ( vormals „Dielektrizitätszahl“ ) • Materialeigenschaften, makroskopisch und auf atomarer Skala: • Verschiebungspolarisation • Orientierungspolarisation • Dielektrika • Parelektrika • Ferroelektrika • Pyroelektrika • Piezoelektrika

  3. Die Dielektrizitätszahl • Ein elektrisches Feld verschiebt die Ladungsschwerpunkte in der Materie (Polarisation) • Die getrennten Ladungen verursachen ein Gegenfeld • Zwischen den Platten eines Kondensators fällt deshalb die Spannung bei konstanter Ladung: Die Kapazität wird größer

  4. Die Spannung als Funktion der Feldstärke Volt 1 0 0,5

  5. Die Spannung als Funktion der Feldstärke mit Dielektrikum Volt 1 0 0,5 Durch Polarisation erzeugtes Gegenfeld

  6. Die Spannung als Funktion der Ladung mit Dielektrikum Volt 1 0 0,5 Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = CVac· εr

  7. Spannung mit Dielektrikum als Funktion der Ladung Volt 1 0 0,5 Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = CVac· εr Dielektrizitäts-zahl (>1)

  8. Definition der relativen Permittivitätεr Materialien mit Permittivitätszahl εr> 1 vergrößern die Kapazität um den Faktor εr Das heißt, bei gleicher Spannung wird die εr - fache Ladung gespeichert

  9. Kleinere Spannung bei gleicher Ladung

  10. Versuch • Ein Kondensator wird statisch aufgeladen und dessen Spannung mit einem Elektrometer überprüft. • Wird ein Dielektrikum eingebracht, dann • bleibt die Ladung konstant • sinkt die Spannung, • die Kapazität C nimmt daher zu • Entfernen des Dielektrikums bringt die Spannung auf ihren ursprünglichen Wert.

  11. Spannung mit und ohne Dielektrikum

  12. Dielektrizitätszahlen einiger Materialien • Werte für 18° C und 50 Hz bzw. *) angegebene Frequenz

  13. Relative Permittivität • Anstelle des Begriffs „Dielektrizitätszahl“ wird empfohlen, für die gleiche Größe in Zukunft den Begriff „Relative Permittivität“ zu verwenden

  14. Zusammenfassung Definition der relativen Permittivität (=Dielektrizitätszahl) εr: Quotient, • Zähler: Kapazität mit Material, C • Nenner: Kapazität ohne Material, CVac • εr= C / CVac • Ursache: Materie in einem elektrischen Feld erzeugt aufgrund der Polarisation ein Gegenfeld • dieses Feld setzt die ursprüngliche Feldstärke und • in einem Kondensator mit Platten im Abstand d die Spannung U = E·d herab • Ein Kondensator mit Dielektrikum speichert bei gleicher Spannung mehr Ladung

  15. finis Volt 1 0 0,5 Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = CVac· εr Dielektrizitäts-zahl (>1)

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