Dielektrikum

Dielektrikum je i obyčejný papír (přesněji celulóza), ale pro zlepšení dielektrických vlastností se napouští různými látkami, např. pryskyřicemi

Dielektrikum je látka (většinou izolant), která má schopnost polarizace (tedy být polarizována). Izolanty jsou podmnožinou dielektrik, každý izolant je dielektrikem, nikoli však každé dielektrikum izolantem.

Polarizace dielektrika

Schéma polárního dielektrika v elektrickém poli.

Schéma nepolárního dielektrika v elektrickém poli.

Vložením izolantu do elektrického pole nastává jev, který se nazývá polarizace dielektrika. Při polarizaci se z atomů nebo molekul dielektrika (nepolární dielektrikum) působením přitažlivé a odpudivé elektrické síly stanou elektrické dipóly – dojde k nesymetrickému rozložení částic s elektrickým nábojem uvnitř atomů nebo molekul (blíž k jedné straně elektrony, blíž ke druhé straně jádro atomu). Taková polarizace se nazývá atomová polarizace. Některé látky (polární dielektrika, např. voda) obsahují elektrické dipóly i bez působení vnějšího elektrického pole. Jejich směr je ale chaotický a při polarizaci dojde pouze k uspořádání dipólů do jednoho směru. Taková polarizace se nazývá orientační polarizace.

Všechny elektrické dipóly mají při polarizaci stejnou polaritu opačnou k polaritě vnějšího elektrického pole. Tím se velikost vnějšího elektrického pole zmenšuje. Poměr intenzity E₀ vnějšího elektrického pole k intenzitě výsledného elektrického pole E udává relativní permitivita dielektrika ε_r:

$\varepsilon _{r}={\frac {E_{0}}{E}}$

Vodivost dielektrik

$G=\sigma \cdot {\frac {S}{d}}$

σ… měrná vodivost

Ve slabých polích jsou příčinou vzniku volných nosičů nábojů cizí atomy nebo příměsi které disociují. Vodivost ve slabých polích má iontový charakter.

Příčina vodivosti

Elektrony se pohybují a naráží na neutrální částice (nárazová ionizace), které ionizují. Při velkém počtu částic může dojít k elektrickému průrazu izolantu, tzn., že izolant přestane být izolantem a stává se součástí vodiče.

Průraz dielektrika

Působením silného elektrického pole může dojít k průrazu dielektrika, tzn., že uvnitř dielektrika se vytvoří vodivé spojení, kterým může procházet elektrický proud. Po dráze elektrického proudu se díky velké elektrické síle vytrhují elektrony z atomů nebo molekul. Může dojít k trvalému nebo k dočasnému poškození dielektrika.

Velikost maximálního elektrického pole, při němž ještě nedojde k průrazu, se nazývá dielektrická pevnost a závisí na velikosti ionizační práce, potřebné k ionizaci (uvolnění elektronu z atomu). Možnost průrazu též charakterizuje průrazné napětí, které udává nejmenší velikost napětí, které způsobí průraz při dané tloušťce dielektrika.

Hodnoty dielektrické pevnosti E pro některá dielektrika:

látka	E [106 V.m-1]
vzduch	3
sklo	14
papír	30
polystyren	50

Dielektrické ztráty

Při působení elektrického pole na dielektrikum (kondenzátor) se část elektrické energie přemění v teplo, kterým se dielektrikum ohřívá.
Dielektrickou ztrátu si lze představit z jednoduchého modelu. Pokud máme ideální kondenzátor bez ztrát elektrické energie, pak proud předbíhá napětí v kondenzátoru o φ = 90° (střídavé napětí). V případě reálného kondenzátoru je ale posun proudu vůči napětí menší než φ < 90°, což je způsobeno tím, že část elektrické energie se přeměnila na teplo. A tato energie je dána zbytkem úhlu do 90°, tedy "ztrátový úhel" = 90° minus "φ (reálného kondenzátoru)". Tangens tohoto úhlu odpovídá dielektrické ztrátě.

Použití dielektrik

Elektrické izolanty se používají především k izolaci elektrických vodičů (kabelů), k oddělení vodivých částí spotřebičů, ke zvýšení kapacity kondenzátorů.

Literatura

• Mentlík Václav: Dielektrické prvky a systémy, BEN - technická literatura, 2006, ISBN 80-7300-189-6

Související články

• Elektřina
• Elektrický proud v pevných látkách
• Elektrický proud v kapalinách
• Elektrický proud v plynech
• Termodielektrický jev
• Flexoelektrický jev

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu dielektrikum na Wikimedia Commons
• Teoretický popis dielektrik