Spójrz na ceramiczną toaletę lub umywalkę w swojej łazience. Prawdopodobnie nie, ale dlatego, że ten materiał ma właściwość, która jest często pomijana. Jest to dielektryk, czyli substancja, która jest złym przewodnikiem elektryczności, ale dobrym środkiem do magazynowania energii elektrycznej. Niezależnie od tego, czy mówimy o ceramice, szkle, powietrzu, a nawet próżni (inny dobry dielektryk), naukowcy używają tak zwanej stałej dielektrycznej, która jest stosunkiem przenikalności substancji do przenikalności wolnej przestrzeni. Lub, w kategoriach laika, stosunek ilości energii elektrycznej zmagazynowanej w materiale do przyłożonego napięcia, w stosunku do energii zmagazynowanej w próżni.
Zmieszany? Cóż, być może potrzebne jest małe wyjaśnienie, aby usunąć niektóre techniczne przeszkody do zrozumienia. Przede wszystkim dielektryk jest definiowany jako materiał izolacyjny lub bardzo słaby przewodnik prądu elektrycznego. Gdy dielektryki są umieszczane w polu elektrycznym, praktycznie nie płynie w nich prąd, ponieważ w przeciwieństwie do metali nie mają one luźno związanych lub wolnych elektronów, które mogłyby dryfować przez materiał. Zamiast tego zachodzi polaryzacja elektryczna, w której ładunki dodatnie w dielektryku są przemieszczane w niewielkim stopniu w kierunku pola elektrycznego, a ładunki ujemne są przemieszczane w niewielkim stopniu w kierunku przeciwnym do pola elektrycznego. To niewielkie oddzielenie ładunku lub polaryzacja zmniejsza pole elektryczne w samym dielektryku. Ta właściwość, jak już wspomniano, sprawia, że jest to zły przewodnik, ale dobry nośnik pamięci.
W praktyce większość materiałów dielektrycznych jest ciałem stałym. Ale, jak już wspomniano, suche powietrze jest również dielektryczne, podobnie jak najbardziej czyste, suche gazy, takie jak hel i azot. Mają niską stałą dielektryczną, podczas gdy tlenki metali mają wysoką stałą. Materiały o umiarkowanych stałych dielektrycznych obejmują ceramikę, wodę destylowaną, papier, mikę, polietylen i szkło. Wraz ze wzrostem stałej dielektrycznej rośnie gęstość strumienia elektrycznego (całkowita ilość ładunku elektrycznego na powierzchnię), ale tylko wtedy, gdy wszystkie inne czynniki pozostają niezmienione. To z kolei umożliwia obiektom o danym rozmiarze, takim jak zestawy metalowych płyt, utrzymywanie ładunku elektrycznego przez długi czas i / lub przechowywanie dużych ilości ładunku.
Ze względu na to, że stanowią dobry materiał izolacyjny (lub dielektryczny), tlenki metali, suche powietrze i próżnia są często wykorzystywane do budowy kondensatorów o wysokiej energii, a także linii przesyłowych o częstotliwości radiowej, w których energia elektryczna jest magazynowana na częstotliwościach radiowych.
Napisaliśmy wiele artykułów o stałej dielektrycznej dla Space Magazine. Oto artykuł o tym, jak działają mikrofale, a także artykuł na temat testu ogólnej teorii względności na stole.
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat stałej dielektrycznej, zapoznaj się z tymi artykułami z Hyperphysics i Web Physics.
Nagraliśmy też cały odcinek Astronomii poświęconej elektromagnetyzmowi. Posłuchaj tutaj, odcinek 103: Elektromagnetyzm.
Źródła:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
http://en.wikipedia.org/wiki/Relative_permittivity
http://en.wikipedia.org/wiki/Flux
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162637/dielectric-constant
http://searchcio-midmarket.techtarget.com/sDefinition/0,,sid183_gci546287,00.html
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162630/dielectric
