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Materialeigenschaften: Dielektrika Antwort auf ein elektrisches Feld.

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Präsentation zum Thema: "Materialeigenschaften: Dielektrika Antwort auf ein elektrisches Feld."—  Präsentation transkript:

1 Materialeigenschaften: Dielektrika Antwort auf ein elektrisches Feld

2 Inhalt Definition der relativen Permittivität ( vormalsDielektrizitätszahl ) 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 1 0,5 0 Volt

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

6 Die Spannung als Funktion der Ladung mit Dielektrikum 1 0,5 0 Volt Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = C Vac · ε r

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

8 Definition der relativen Permittivität ε r 1 Definition der Dielektrizitäts- oder Permittivitätszahl 1 F Kapazität des Kondensators mit - 1 Fohne Dielektrikum Materialien mit Permittivitätszahl ε r > 1 vergrößern die Kapazität um den Faktor ε r Das heißt, bei gleicher Spannung wird die ε r - fache Ladung gespeichert

9 Kleinere Spannung bei gleicher Ladung 1 F Ladung und Spannung im Kondensator mit Dielektrikum 1 F Ladung und Spannung Kondensator im Vakuum 1 Definition der Dielektriziätszahl 1 Bei konstanter Ladung ist die Spannung mit Dielektrikum um den Faktor 1/ε r kleiner

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 Kondensator in Luft Kondensator mit Dielektrikum Spannung mit und ohne Dielektrikum

12 Dielektrizitätszahlen einiger Materialien Werte für 18° C und 50 Hz bzw. *) angegebene Frequenz Vakuum 1,00 Luft 1,00 Wasser (sichtbarer Bereich)* 1,77 Petroleum 2,00 Papier Gummi 2,70 Trockenes Holz 3,00 Eis (20 °C, f > 100 kHz)* 3,20 Trockene Erde 3,90 Porzellan Glas Feuchte Erde 29,00 Methanol 32,60 Glycerin 42,50 Wasser (f = 2,54 GHz)* 77,00 Wasser 80,10 Eis (20 °C) 100,00 Bariumtitanat

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) ε r : Quotient, Zähler: Kapazität mit Material, C Nenner: Kapazität ohne Material, C Vac ε r = C / C Vac 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 1 0,5 0 Volt Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = C Vac · ε r Dielektrizitäts- zahl (>1)


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