Nichtleiter in elektrischen Feld

Versuch: Im dem Versuch soll die relative Dielektrizitätszahl ε_r eines vorgegebenen Dielektrikums mit Hilfe eines Zylinderkondensator berechnen werden.

Polarisationsarten:

• Verschiebungspolarisation: werden die Elektronen eines Atoms oder Moleküls durch ein externes elektrisches Feld so verändert, dass der Schwerpunkt der negativen Ladungen nicht mehr mit dem Schwerpunkt der positive Ladungen übereinstimmen.
• Orientierungspolarisation: ist die Polarisationsart, die durch Ausrichtung permanenter elektrisches Dipol in ein elektrisches Feld bewirkte Dipolmomente entsteht.

Warum werden ein Zylinderkondensator und keine Plattenkondensator verwendet?

Es wird ein Zylinderkondensator verwendet, weil ein Zylinderkondensator minimale Streukapazitäten (Parasitäre) zwischen den Elektronen garantiert.

Parasitäre Kapazitäten:  Sind die Kapazitäten die sehr ungewünscht sind, und die normalerweise am Rand auftreten.

Unterschied zwischen elementare, permanente und induzierte Dipole:

• Elementare Dipole: sind die Dipole, die ohne Anlegen dem elektrische Feld existieren, z.B. H₂O.
• Induzierte Dipole: Dipole, die erst bei Anlegen dem elektrische Feld, durch Ladungstrennung von positiv geladenen Atomkernen und negative Elektronenhülle entstehen.
• Permanente Dipole: bei dem ist die Verschiebung nicht durch äußere Einflüsse wie ein elektrisches Feld hervorgerufen bzw. besteht die Verschiebung abhängig von einem äußerem Feld.

Dielektrikum: wird jede elektrische schwach – oder nichtleitende, nichtmetallische Substanz bezeichnet, deren Ladungsträger im Allgemeinen nicht frei beweglich sind. Ein Dielektrikum kann sowohl Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein.

Dielektrika: sind elektrisch nahezu nicht leitende, aber polarisierbare Substanzen.

Ladungsträger: ist ein mit einer Ladung behaftet Teilchen.

Dipol: aus einer physikalische Anordnung, zwei nahe bei einander befindlicher gegensätzlich geladener Vektoren.

Elektrische Dipol: Trennung von Ladungen

Permitivität: gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an:

Relative Permitivität (Dielektrizitätszahl) ε_R: ist das Verhältnis seiner Permitivität zu der des Vakuums (ε₀). Ε_R = ε / ε₀ ε₀ = 8,8541*10^-12

Polarisation: Ladungsverschiebung im Dielektrikum durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes.

Verschiebungsdichte D: vektorielle Größe zur Beschreibung des elektrischen Feldes in polarisierbarer Materie. Die Einführung von die Verschiebungsdicht ermöglich den Einfluss der elektrische Polarisation zu eliminieren.

Die Dichte der freien Ladungen im Kondensator mit und ohne Dielektrikum ist gleich. Damit ist die elektrische Verschiebungsdichte konstant:

• Elektrische Verschiebungsdichte im Vakuum: D = ε₀ * E₀
• Elektrische Verschiebungsdichte im Dielektrikum: D = ε₀ * E + P
• Mit der Def. der Verschiebungspolarisation: P = χ * ε₀ * E

• Folgt: D = (1 + χ) * ε₀ * E = ε_r * ε₀ * E = E₀ * ε₀