Dielektrisen

Dielektrisen zijn isolerende materialen die onder invloed van een elektrisch veld gepolariseerd kunnen worden en daardoor geen vrije geleiding van lading toestaan bij normale spanningen. Ze slaan energie op in het elektrische veld en vergroten zo de capaciteit tussen geleiders, wat hen essentieel maakt in condensatoren, kabelisolatie en vele andere elektrische systemen. Bij extreem hoge velden kan een dielektrisch materiaal echter elektrisch breken.

De belangrijkste eigenschappen van dielektrische stoffen zijn de relatieve permittiviteit ε_r (dielektrische constante), de elektrische sterkte (brekingsspanning), en de verliesfactor (tan δ). Ook de frequentie en de temperatuur beïnvloeden deze eigenschappen aanzienlijk. De capaciteit van een platte condensator met tussenruimte d en oppervlaktе A tussen de platen wordt, in aanwezigheid van een dielektricum, gegeven door C = ε_r ε0 A/d, waarbij ε0 de permittiviteit van vacuüm is.

Polarisatiemechanismen in dielektrica omvatten elektronische polarisatie (verplaatsing van elektronen), orientatiepolarisatie (uitlijnen van moleculaire dipolen) en ionische polarisatie (verplaatsing van ionen in materialen met dialectische binding). Bij toenemende frequentie kunnen sommige mechanismen niet meer volgen, waardoor ε_r afneemt en de verliezen variëren. Temperatuur en vochtigheid hebben eveneens invloed op zowel ε_r als de breeksterkte en de verliezen.

Toepassingen van dielektrische materialen zijn onder meer condensatoren, isolatiematerialen in hoogspanningskabels en transformatoren, en isolatie in elektronische componenten en printplaten. Veelvoorkomende voorbeelden zijn lucht, glas, keramiek en diverse kunststofmaterialen zoals polyethyleen, polypropyleen en mica. Dielektrische materialen vormen zo een fundament van moderne elektrische en elektronische technologie.