Dielektrikverhaltens

Das Dielektrikverhalten beschreibt, wie dielektrische Materialien auf äußere elektrische Felder reagieren. Im Mittelpunkt steht die Polarisierung des Materials, die zu einer Änderung des inneren Feldes und zur Bildung einer Verschiebung des elektrischen D-Feldes führt. Die relative Größe der Permittivität ε_r beschreibt, wie stark ein Material das Feld im Vergleich zum Vakuum abschirmt: D = ε0 ε_r E, wobei ε0 etwa 8,854×10^-12 F/m ist. Die Beziehung zwischen Polarisationsgröße P und dem Feld lautet P = ε0 χ_e E, wobei χ_e die elektrische Suszeptibilität ist und ε_r = 1 + χ_e gilt.

Polarisierungsm Mechanismen umfassen elektronische, orientationale (Dipolausrichtung), ionische und Raumladungspolarisation. Diese Mechanismen wirken unterschiedlich schnell, wodurch ε_r und der Verlustfaktor tan δ frequenzabhängig werden. Die komplexe Permittivität ε = ε' - jε'' fasst dies zusammen, wobei ε' die speichernde und ε'' die verlustbehaftete Komponente repräsentiert.

Dielektrische Verluste beschreiben, wie Energie pro Zyklus verloren geht, gemessen als Verlustfaktor tan δ = ε''/ε'. Verluste steigen typischerweise mit Frequenz und Temperatur, und contributor können auch Leckströme (leitungen) sein. Dielektrische Eigenschaften lassen sich durch Modelle wie Debye-Relaxation beschreiben.

Anwendungen reichen von Kondensatoren, Isolationsmaterialien bis zur dielectric spectroscopy. Typische Kenngrößen sind relative Permittivität, Verlustfaktor, Dielektrizitätsfestigkeit und Temperaturabhängigkeit. Häufige Dielektrika sind Luft, Glas, Keramiken und Polymere; ihre Werte variieren stark je nach Materialzusammensetzung, Struktur und Frequenz.