[/caption]Schauen Sie sich diese Keramiktoilette oder das Waschbecken in Ihrem Badezimmer an. Haben Sie sich jemals gedacht, dass es etwas mit Glas, Glimmer, Kunststoff oder sogar trockener Luft zu tun hat? Denken Sie immer daran, dass es beim Bau von Kondensatoren nützlich sein könnte. Wahrscheinlich nicht, aber das liegt daran, dass dieses Material eine Eigenschaft hat, die oft übersehen wird. Es ist ein Dielektrikum, d. h. eine Substanz, die den Strom schlecht leitet, aber ein gutes Mittel zur elektrischen Speicherung ist. Unabhängig davon, ob wir über Keramik, Glas, Luft oder sogar Vakuum (ein weiteres gutes Dielektrikum) sprechen, verwenden Wissenschaftler die sogenannte Dielektrizitätskonstante, die das Verhältnis der Permittivität einer Substanz zur Permittivität des freien Raums ist. Oder, für Laien ausgedrückt, das Verhältnis der Menge an elektrischer Energie, die in einem Material durch eine angelegte Spannung gespeichert wird, relativ zu der im Vakuum gespeicherten.
Verwirrt? Nun, vielleicht ist eine kleine Erklärung notwendig, um einige der technischen Hindernisse für das Verständnis zu beseitigen. Unter einem Dielektrikum versteht man zunächst ein isolierendes Material oder einen sehr schlechten elektrischen Stromleiter. Wenn Dielektrika in ein elektrisches Feld gelegt werden, fließt in ihnen praktisch kein Strom, da sie im Gegensatz zu Metallen keine lose gebundenen oder freien Elektronen haben, die durch das Material wandern könnten. Stattdessen tritt eine elektrische Polarisation auf, bei der die positiven Ladungen innerhalb des Dielektrikums geringfügig in Richtung des elektrischen Felds verschoben werden und die negativen Ladungen geringfügig in die dem elektrischen Feld entgegengesetzte Richtung verschoben werden. Diese leichte Ladungstrennung oder Polarisation verringert das elektrische Feld innerhalb des Dielektrikums selbst. Diese Eigenschaft macht es, wie bereits erwähnt, zu einem schlechten Leiter, aber zu einem guten Speichermedium.
In der Praxis sind die meisten dielektrischen Materialien fest. Aber wie bereits erwähnt, ist trockene Luft auch dielektrisch, ebenso wie die meisten reinen, trockenen Gase wie Helium und Stickstoff. Diese haben eine niedrige Dielektrizitätskonstante, wohingegen Dinge wie Metalloxide eine hohe Konstante haben. Materialien mit moderaten Dielektrizitätskonstanten umfassen Keramik, destilliertes Wasser, Papier, Glimmer, Polyethylen und Glas. Mit steigender Dielektrizitätskonstante steigt die elektrische Flussdichte (die Gesamtmenge der elektrischen Ladung pro Fläche), jedoch nur, wenn alle anderen Faktoren unverändert bleiben. Dies wiederum ermöglicht es Objekten einer gegebenen Größe, wie beispielsweise Sätzen von Metallplatten, ihre elektrische Ladung über lange Zeiträume und/oder große Ladungsmengen zu halten.
Da sie ein gutes Isoliermaterial (oder Dielektrikum) darstellen, werden Metalloxide, trockene Luft und Vakuum häufig beim Bau von Hochenergiekondensatoren sowie Hochfrequenzübertragungsleitungen verwendet, wo elektrische Energie bei Hochfrequenzen gespeichert wird.
Wir haben viele Artikel über die Dielektrizitätskonstante für Universe Today geschrieben. Hier ist ein Artikel über So funktionieren Mikrowellen , und hier ist ein Artikel über die Tischtest der Allgemeinen Relativitätstheorie .
Weitere Informationen zur Dielektrizitätskonstante finden Sie in diesen Artikeln von Hyperphysik und Web-Physik .
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um Elektromagnetismus aufgenommen. Hör zu, Folge 103: Elektromagnetismus .
Quellen:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielektrikum
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