Einer der Hauptparameter, der die Eigenschaften eines Kondensators bestimmt, ist seine elektrische Kapazität. Die elektrische Kapazität bestimmt die Menge an elektrischer Ladung, die bei einer bestimmten Spannung auf ihren Platten angesammelt werden kann. Es gibt jedoch eine Methode, mit der die elektrische Kapazität des Kondensators um ein Vielfaches erhöht werden kann - dies ist die Einführung eines Dielektrikums.
Ein Dielektrikum ist ein nicht leitfähiges Material, das zwischen die Kondensatorplatten gelegt wird. Es dient dazu, den Abstand zwischen den Platten zu erhöhen und somit die elektrische Kapazität des Kondensators zu erhöhen. Wenn ein Dielektrikum eingeführt wird, erhöht sich die Kapazität des Kondensators um ein Vielfaches im Vergleich zu seiner Kapazität ohne Dielektrikum.
Der genaue Wert der Erhöhung der elektrischen Kapazität hängt von der Art des Dielektrikums ab und sein Verhältnis zur Kapazität eines Kondensators ohne Dielektrikum kann anhand der Formel berechnet werden:
C = k * C0
Wo C - kapazität des Kondensators mit Dielektrikum, C0 - kapazität des Kondensators ohne Dielektrikum, k - ein Faktor, der die Erhöhung der Kapazität bestimmt. Koeffizient k entspricht einer Einheit für Vakuum und Luft, und für andere Dielektriken kann es mehr als eine Einheit geben.
Erhöhung der elektrischen Kapazität des Kondensators
Wenn ein Dielektrikum in den Kondensator eingeführt wird, erhöht sich seine elektrische Kapazität. Das Dielektrikum beeinflusst die elektrische Kapazität, da es die Größe des elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten reduzieren kann.
Die Erhöhung der elektrischen Kapazität des Kondensators bei der Einführung eines Dielektrikums wird durch den Koeffizienten der Dielektrizitätszahl des Materials bestimmt, aus dem das Dielektrikum besteht. Dieser Koeffizient zeigt an, wie oft die elektrische Kapazität des Kondensators nach der Einführung des Dielektrikums ansteigt.
Die elektrische Kapazität des Kondensators kann anhand der folgenden Formel berechnet werden:
wobei C die elektrische Kapazität des Kondensators ist, κ der Dielektrizitätskoeffizient ist, ε₀ die elektrische Konstante ist, S die Fläche der Kondensatorplatten ist und d der Abstand zwischen den Platten ist.
Einfluss des Dielektrikums
Wenn ein Dielektrikum in den Raum zwischen den Platten des Kondensators eingeführt wird, erhöht sich seine elektrische Kapazität. Dies liegt daran, dass das Dielektrikum den Einfluss des elektrischen Feldes auf die darin enthaltenen Ladungen reduziert und das Feld in den Platten erhöht.
Die Erhöhung der elektrischen Kapazität des Kondensators kann nach der Formel berechnet werden:
| Art des Dielektrikums | Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität |
|---|---|
| Vakuum | 1 |
| Die Luft | 1 |
| Mika | 4-6 |
| Polypropylen | 2-3 |
| Polyäthylen | 2-3 |
| Glimmer | 4-6 |
Somit erhöht sich die elektrische Kapazität des Kondensators um ein Vielfaches, wenn das Dielektrikum eingeführt wird, abhängig von seinen Eigenschaften.
Mechanismus zur Erhöhung der elektrischen Kapazität
Der Hauptmechanismus zur Erhöhung der elektrischen Kapazität besteht darin, dass das Dielektrikum das elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten reduziert. Dies liegt an der Fähigkeit des Dielektrikums, sich unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes zu polarisieren. Die Polarisation des Dielektrikums führt zur Bildung elektrischer Dipole, die ein eigenes elektrisches Feld erzeugen, das entgegengesetzt zum äußeren Feld gerichtet ist. Als Ergebnis wird das gesamte elektrische Feld zwischen den Kondensatorplatten reduziert.
Eine Abnahme des elektrischen Feldes zwischen den Kondensatorplatten führt zu einer Erhöhung der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird, während die Ladung gespeichert wird. Gemäß der Formel für die elektrische Kapazität des Kondensators (C = Q / V) führt eine Erhöhung der Spannung bei gleichbleibender Ladung zu einer Erhöhung der elektrischen Kapazität.
Somit ermöglicht die Einführung eines Dielektrikums zwischen den Platten des Kondensators, seine elektrische Kapazität zu erhöhen, indem das elektrische Feld zwischen den Platten reduziert wird, wodurch die Spannung des Kondensators erhöht wird, während die Ladung gespeichert wird.
| Geometrische Abmessungen des Kondensators | Physikalische Eigenschaften des Dielektrikums |
| Länge der Platten | Dielektrizitätskonstante |
| Fläche der Platten | Dielektrikum-Stärke |
| Abstand zwischen den Platten | Dielektrische Durchlässigkeit des freien Raumes |
Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität
Die Einführung eines Dielektrikums in den Kondensator führt zu einer Erhöhung seiner elektrischen Kapazität. Das Dielektrikum kann als nicht leitendes Material den Raum zwischen den Kondensatorplatten erhöhen, was wiederum seine elektrische Kapazität erhöht.
Der Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität, auch als relative Erhöhung der elektrischen Kapazität bezeichnet, zeigt an, wie oft die elektrische Kapazität eines Kondensators mit der Einführung eines Dielektrikums zunimmt. Es ist definiert als das Verhältnis der elektrischen Kapazität eines Kondensators mit einem Dielektrikum zur elektrischen Kapazität eines Kondensators ohne Dielektrikum.
Normalerweise wird der Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität mit dem Buchstaben K bezeichnet. Somit ist der Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität gleich dem Verhältnis der elektrischen Kapazität des Kondensators mit dem Dielektrikum Cdiel an die elektrische Kapazität des Kondensators ohne Dielektrikum C0: K = Cdiel / C0.
Der Wert des Koeffizienten zur Erhöhung der elektrischen Kapazität hängt von den Eigenschaften und Eigenschaften des Dielektrikums sowie von der Geometrie des Kondensators ab. Verschiedene Dielektriken haben unterschiedliche Dielektrizitätskonstante, die den Wert des Koeffizienten K beeinflussen. Zum Beispiel ist die elektrische Kapazität eines Kondensators mit einem Dielektrikum der Isolierflüssigkeit viel höher als die des Kondensators mit einem Dielektrikum in Form von Kunststoff oder Luft.
Der Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität ist auch mit der Dielektrizitätspermeabilität des Dielektrikums verbunden. Die Dielektrizitätszahl zeigt an, wie stark das elektrische Feld beim Durchlaufen des Dielektrikums geschwächt ist. Je größer die Dielektrizitätszahl ist, desto höher ist der Koeffizient zur Erhöhung der elektrischen Kapazität.
Daher ist der Koeffizient der Erhöhung der elektrischen Kapazität ein wichtiger Indikator bei der Betrachtung von elektrischen Schaltungen mit Kondensatoren und Dielektriken, und sein Wissen ermöglicht es, die Änderung der elektrischen Kapazität des Kondensators bei der Einführung eines Dielektrikums genauer zu beurteilen.
