Dielektrikum

Als Dielektrikum bezeichnet man ein Volumen, in dem sich ein Elektrisches Feld befindet (v. griech. dia-: „durch“, d. h. das Feld geht durch das Material). Dies umfasst neben dem leeren Raum (Vakuum) auch alle Volumina, die von elektrisch nichtleitenden Stoffen (Isolatoren) ausgefüllt sind.

Die Feldgrößen des Dielektrikums sind die elektrische Feldstärke E und die elektrische Flussdichte D, welche im elektrostatischen Fall, d.h. im zeitlich konstanten Fall, über die Dielektrizitätskonstante $\varepsilon$ über folgende Beziehung verknüpft sind:

${\vec {D}}=\varepsilon {\vec {E}}$

Die Dielektrizitätskonstante setzt sich aus der elektrischen Feldkonstante $\varepsilon _{0}$ und der materialspezifischen Permittivitätszahl oder Dielektrizitätszahl $\varepsilon _{r}$ (Werte größer 1; die Dielektrizitätszahl von Luft ist annähernd 1 wie im Vakuum) zusammen:

$\varepsilon =\varepsilon _{0}\varepsilon _{r}$

Begriffsverwendung

Isolatoren wie der isolierende Stoff zwischen Kondensatorplatten werden als Dielektrikum im engeren Sinne bezeichnet.

Die Kapazität C eines Kondensators hängt im Wesentlichen vom verwendeten Dielektrikum und dessen Permittivitätszahl bzw. Dielektrizitätszahl, der Elektrodenfläche A und dem Abstand d der Elektroden zueinander ab.

Für einen Kondensator gilt:

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

Je höher die Dielektrizitätszahl $\varepsilon _{r}$ ist, desto mehr Energie kann in dem elektrischem Feld zwischen den Platten eines Kondensators gespeichert werden.

Eine wichtige Größe eines Dielektrikums ist auch dessen Durchschlagsfestigkeit, d.h. ab welcher Spannung das Dielektrikum seine Isolationseigenschaften verliert und es zu Überschlägen zwischen den Kondensatorbelägen kommt.

Als Dielektrikum bezeichnet man auch den Isolator zwischen den Leitern eines Kabels, der wesentlich dessen Impedanz der Leitung und die frequenzabhängige Dämpfung pro Länge (meist in Dezibel [dB] oder Neper [Np] pro km angegeben) bestimmt.

Dielektrische Antennenelemente und dielektrische Wellenleiter werden in der Hochfrequenztechnik verwendet und gehorchen hier den gleichen Gesetzen der Brechung wie in der Optik bzw. bei Lichtleitkabeln.

Weiterhin wird die Flüssigkeit einer Funkenerosionsmaschine, die verhindert, dass die Funken der Elektrode zu lang sind, als Dielektrikum bezeichnet.

Polarisation eines Dielektrikums

Da in einem Dielektrikum die Ladungsträger nicht frei beweglich sind, werden sie durch ein äußeres elektrisches Feld polarisiert. Dabei wird zwischen zwei Arten der Polarisation unterschieden:

1. Verschiebungspolarisation: Elektrische Dipole werden induziert, d. h. Dipole entstehen durch geringe Ladungsverschiebung in den Atomen oder Molekülen. Der Effekt kann mit Hilfe der Clausius-Mossotti-Gleichung beschrieben werden.
2. Orientierungspolarisation: Ausrichtung der ungeordneten, permanenten Dipole eines Isolators im elektrischen Feld gegen ihre thermische Bewegung. Der Effekt kann mit der Debye-Gleichung beschrieben werden.