Dielektryki bądź inaczej izolatory - są to ciała zbudowane z cząsteczek, między którymi nie przepływa żaden ładunek (nie przewodzą prądu). Gdy obszar między okładkami kondensatora zostanie wypełniony dielektrykiem, pojemność kondensatora zwiększa się w stosunku do pojemności kondensatora próżniowego.
Dielektryki możemy podzielić na dipolowe oraz niedipolowe.
W dielektrykach niedipolowych pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego rozsuwają się ładunki cząsteczki i powstaje tzw. indukowany (wywołany) moment dipolowy.
Dipol – jest to układ dwóch ładunków jednakowych co do wartości i przeciwnych co do znaku umieszczonych w stałej odległości od siebie (związanych ze sobą) np. dipolem jest molekuła – cząsteczka wody \( (H_2 O) \).
Przenikalność dielektryczna
Pojemność C kondensatora wypełnionego dielektrykiem rośnie ε razy w stosunku do pojemności \( C_0 \) kondensatora próżniowego.
\( C=\varepsilon C_0 \)
C - pojemność z dielektrykiem
\( \varepsilon \)- przenikalność elektryczna substancji
\( C_0 \) - pojemność bez dielektryka
Stała \( \varepsilon \) nazywa się przenikalnością dielektryczną (względną) i jest własnością danego materiału.
Przenikalność dielektryczna materiału nazywana jest również jego stałą dielektryczną. Przenikalność dielektryczna powietrza w warunkach normalnych jest równa \( \varepsilon \approx 1,0006 \) - pojemność kondensatora próżniowego i powietrznego jest zatem praktycznie taka sama.
Jeżeli kondensator jest podłączony do baterii, to napięcie między jego okładkami jest stałe (zapewnia to bateria), natomiast ładunek okładek może się zmienić, ponieważ w zamkniętym obwodzie ładunek może przepływać.
Jeżeli kondensator jest odłączony od baterii, to ładunek okładek jest stały, ponieważ każda okładka otoczona jest izolatorem. Napięcie między okładkami nie musi być w tym wypadku stałe.
Przykład 1.
Napięcie pomiędzy okładkami kondensatora powietrznego jest równe \( U_0 \). Kondensator ten jest odłączony od baterii. Jak zmieni się napięcie miedzy okładkami, gdy kondensator zostanie wypełniony sztucznym tworzywem o przenikalności dielektrycznej równej \( \varepsilon=3 \)?
Rozwiązanie
Podczas kiedy kondensator jest odłączony od baterii, do jego okładek ładunek nie może odpływać ani tez dopływać. Całkowity ładunek okładek q musi więc pozostawać stały. Oznaczamy początkową pojemność przez \( C_0 \). Napięcie między okładkami przedstawia wzór:
\( U_0=\frac{q}{C_0} \)
Po wypełnieniu kondensatora sztucznym tworzywem pojemność równa jest:
\( C=\varepsilon C_0 \)
Zatem końcowe napięcie przedstawia poniższy wzór:
\( U_k=\frac{q}{C}=\frac{q}{\varepsilon C_0}=\frac{U_0}{\varepsilon}=\frac{1}{3}U_0 \)
Zobacz Komentarze ( 0 )