Materialeigenschaften: Dielektrika

Präsentation zum Thema: "Materialeigenschaften: Dielektrika"—  Präsentation transkript:

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 0,5

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

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

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

8 Definition der relativen Permittivität εr
1 Definition der Dielektrizitäts- oder Permittivitätszahl 1 F Kapazität des Kondensators mit - ohne Dielektrikum 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
1 F Ladung und Spannung im Kondensator mit Dielektrikum Ladung und Spannung Kondensator im Vakuum 1 Definition der Dielektriziätszahl Bei konstanter Ladung ist die Spannung mit Dielektrikum um den Faktor 1/εr 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 Spannung mit und ohne Dielektrikum
Kondensator in Luft Kondensator mit Dielektrikum

12 Dielektrizitätszahlen einiger Materialien
Vakuum 1,00 Luft Wasser (sichtbarer Bereich)* 1,77 Petroleum 2,00 Papier 1 - 4 Gummi 2,70 Trockenes Holz 3,00 Eis (−20 °C, f > 100 kHz)* 3,20 Trockene Erde 3,90 Porzellan 2 - 6 Glas 6 - 8 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 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 Volt Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = CVac· εr
finis Volt 1 0,5 Gleiche Ladung, kleinere Spannung: Höhere Kapazität C = CVac· εr Dielektrizitäts-zahl (>1)