Elektrische Isolatoren sind Stoffe mit dielektrischen Eigenschaften. Ein Beispiel hierfür ist die Kunststoffisolierung von elektrischen Leitungen. Ein elektrischer Isolator, der sich durch ein angelegtes elektrisches Feld polarisieren lässt , wird als Dielektrikum (ε) oder dielektrischer Stoff bezeichnet.
Elektrische Ladungen fließen nicht wie in einem elektrischen Leiter durch ein Dielektrikum (μ). Vielmehr weichen sie nur geringfügig von ihrer normalen Gleichgewichtslage ab, was zu einer dielektrischen Polarisation führt. Positive Ladungen verschieben sich durch die dielektrische Polarisation in Feldrichtung, negative Ladungen in die entgegengesetzte Richtung.
Infolgedessen erzeugt das Dielektrikum selbst ein internes elektrisches Feld, das das Gesamtfeld schwächt . Schwach gebundene Moleküle, aus denen ein Dielektrikum besteht, richten sich so aus, dass ihre Symmetrieachsen mit dem Feld übereinstimmen und werden dabei polarisiert.
Die Forschung zu dielektrischen Eigenschaften untersucht, wie Materialien magnetische und elektrische Energie speichern und freisetzen. Dielektrika spielen eine Schlüsselrolle bei der Erklärung vieler Phänomene in den Bereichen Elektronik, Optik, Festkörperphysik und Zellbiologie.
Was ist ein dielektrisches Material?
Ein dielektrisches Material speichert elektrostatische Felder effektiv, leitet aber elektrischen Strom schlecht. Es besitzt einen hohen spezifischen Widerstand, einen niedrigen Temperaturkoeffizienten des Widerstands und die Fähigkeit, elektrische Ladungen zu speichern.
Welche Arten von dielektrischem Material gibt es?
Die Art der in einer Substanz vorhandenen Moleküle bestimmt ihre dielektrischen Eigenschaften.
- Polares Dielektrikum: Die Schwerpunkte positiver und negativer Teilchen fallen in einem polaren Dielektrikum nicht zusammen. Dipolmoment ist in der Substanz vorhanden, und die Moleküle sind asymmetrisch angeordnet. Die Moleküle in der Substanz richten sich nach dem elektrischen Feld aus, wenn es auf sie einwirkt. Das Nettodipolmoment der Moleküle ist Null, wenn das Feld ausgeschaltet wird. Wasser und Salzsäure sind zwei Beispiele für diesen Typ.
- Unpolares Dielektrikum: Die Schwerpunkte positiver und negativer Teilchen liegen in unpolaren dielektrischen Materialien zusammen. Die Moleküle sind symmetrisch, und es gibt kein Dipolmoment in der dielektrischen Substanz. Beispiele für unpolare Dielektrika sind Wasserstoff, Sauerstoff und ähnliche Stoffe.
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Dielektrische Materialien sind typischerweise fest . Beispiele hierfür sind Keramik (Porzellan), Glimmer, Glas und andere Metalloxide. Auch einige Gase und Flüssigkeiten eignen sich als dielektrische Materialien.
Variable Kondensatoren und einige Arten von Übertragungsleitungen nutzen trockene Luft aufgrund ihrer erstaunlichen Eigenschaften als hervorragendes Dielektrikum. Helium und Stickstoff sind beides hervorragende dielektrische Gase. Destilliertes Wasser ist relativ dielektrisch. Ein unglaublich effektives Dielektrikum ist Vakuum.
