Dielektromos állandó

A dielektromos állandó az anyagok elektromos mezővel való kölcsönhatását jellemző mennyiség. A dielektromos állandó kifejezés helyett célszerű a relatív (statikus) permittivitás fogalmát használni.

Ha egy térben elektromos töltések halmozódnak fel, a pozitív és negatív töltések között elektromos térerősség jön létre, melynek nagysága függ a töltéseket körülvevő, a teret kitöltő anyagtól. A tér anyaggal való kitöltése után a térerősség megváltozik.

A dielektromos állandó mértéke megmutatja, hogy egy anyagra ható feszültség hatására tárolt elektromos energia milyen méretékben változik a vákuumhoz képest. Más megfogalmazásban: a dielektromos állandó egy kondenzátor kapacitásának aránya ahhoz képest, hogy ha ugyanez a kondenzátor lemezei között vákuum lenne, azaz a relatív dielektromos állandó azt mutatja meg, hányszorosára nő egy kondenzátor kapacitása, ha a fegyverzetei közötti teret vákuum helyett a vizsgált dielektrikummal töltjük ki.

A dielektromos állandó hőmérséklet-, frekvencia-, és nyomásfüggő. Egy anyag dielektromos állandójának kondenzátoroknál van szerepe, mert ez határozza meg, hogy az anyag mekkora kapacitásnövekedést okoz a levegőhöz képest, melyet egységként tekintenek. Vannak anyagok, melyek dielektromos állandója változik a frekvenciával, növekvő frekvenciánál pl. csökken. Például: epoxi műgyanta 3,7-3,4, papír 3,3-2,8, polietilén 2-1.8, porcelán 5,4-5,0.

A kondenzátor kapacitása

A két egymással szemben elhelyezett fémlemezből álló, úgynevezett síkkondenzátor kapacitása geometriai méreteitől, valamint a két fegyverzet közötti szigetelőanyagtól függ:

$C={\frac {\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}A}{d}}$

ahol

C a kondenzátor kapacitása (F)

A a kondenzátor lemezeinek felülete ( $m^{2}$ )

d a lemezek távolsága (m)

$\varepsilon _{0}$ a vákuum dielektromos állandója, 8,854187817 * $10^{-12}$ (As/Vm)^[1]

$\varepsilon _{r}$ a két fegyverzet közötti anyag relatív dielektromos állandója (mértékegység nélküli mérőszám, amely megmutatja, hogy az adott dielektrikummal a kondenzátor kapacitása hányszorosa a vákuumban mért kapacitásnak)

Dielektromos állandók

A táblázat néhány anyag relatív dielektromos állandóját mutatja. A dielektromos állandók zérus frekvenciára és +20 °C-ra érvényesek.

Anyag	$\varepsilon _{r}$
Vákuum	1
Levegő (1 atm)	1,00059
Teflon	2,1
Polietilén	2
Üveg	5-19
Víz	80,4
Neoprén	6,7
Epoxi	3,7
Papír	3,3
Porcelán	5,4

Dielektromos állandó mérése

Többféle módon is meg lehet határozni egy anyag dielektromos állandóját.

A legegyszerűbb módszer a kapacitás mérésén alapul.

A kapacitásmérésen alapuló mérés során kondenzátort töltenek fel ismert feszültségre, majd annak töltését galvanométerrel meghatározzák. A kondenzátor méreteinek ismeretében a kapacitás értékéből számítják a dielektromos állandót. Az állandó U feszültségre töltött kondenzátor töltése a levegővel (vákuummal) kitöltött esetben mérhető $\mathbf {Q} _{0}$ -hoz képest a vizsgált szigetelő anyaggal kitöltve $\mathbf {Q} =\mathbf {Q} _{0}.\varepsilon _{r}$ értékre változik. A dielektromos állandó (relatív permittivitás) így a mért kapacitások hányadosával egyezik meg:

$\varepsilon _{r}={\frac {C}{C_{0}}}$

A dielektromos állandó elektromágneses hullámhossz méréssel is megállapítható. Ha egy szigetelőanyag relatív mágneses permeabilitása 1 értékű, akkor ugyanazon frekvenciájú elektromágneses hullám hullámhosszainak aránya a vizsgált anyagban illetve levegőben megegyezik az anyag dielektromos állandója gyökének reciprokával

Irodalom

Dr.Fodor György: Elektromágneses terek. H. n.: Műegyetemi Kiadó. 1993.
Theory of Electric Polarization: Dielectric Polarization, C.J.F. Böttcher, ISBN 0-444-415793
Dielectrics and Waves edited by A. von Hippel, Arthur R., ISBN 0-89006-803-8
Dielectric Materials and Applications edited by Arthur von Hippel, ISBN 0-89006-805-4

Hivatkozások

Jegyzetek

↑ Archivált másolat. [2020. május 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. június 14.)

[1] Archivált másolat. [2020. május 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2020. június 14.)

[1]