Dielektrisyys

Dielektrisyys tarkoittaa eristemateriaalien kykyä polarisoitua sähkökentässä ja siten muuttaa sähkökentän voimakkuutta sekä varastoida sähköenergiaa eristeessä. Materiaalin sähköinen vastus ei ole täydellinen eriste, vaan kentän vaikutuksesta sen sisäiset varaukset asettuvat uuteen tasapainoon. Dielektrisyys määritellään permittiviteetillä, jonka perusvakio on ε0 (tyhjiön permittiviteetti). Materiaalin kokonaispermittiviteetti on ε = ε0 εr, missä εr on relative permittivity eli dielektrisyyskerroin. Kapasitanssi kondensaattorissa määräytyy C = ε0 εr A / d, jossa A on alueen pinta-ala ja d sen etäisyys levyn välillä.

Dielektrisyys ilmenee materiaalin polarisaation eri mekanismeilla: elektroninen polarisaatio, jossa elektronit siirtyvät elektronikuoren sisällä; ioninen polarisaatio, jossa atomien positiiviset ja negatiiviset osiöt siirtyvät jossain rakenteessa; orientaatiopolarisaatio, jossa pysyvät dipolit asettuvat ulkoisen kentän suuntaisesti; sekä yhdistelmät näistä. Näiden mekanismien nopeus vaikuttaa siihen, miten permittiviteetti ja eristysominaisuudet muuttuvat taajuuden ja lämpötilan muuttuessa.

Dielektrisyys vaikuttaa myös dielectric lossiin, joka kuvataan komplekseilla permittiviteeteilla ε* = ε' − iε''. Siirtovaikutus ja vuorovaikutukset aiheuttavat häviöitä ja lämpenemistä etenkin suurilla taajuuksilla tai suurilla sähkökentillä. Materiaalien tyypillisiä dielektrisyysominaisuuksia ovat eristeet, kuten ilma, lasi, keramiikka, muovit ja öljyt sekä tyhjiö. Käytännön sovelluksia ovat kondensaattorit, näytteiden eristys, sähkölaitteiden ja kaapeleiden eristeet sekä puolijohdeteollisuuden eristysten suunnittelu. Dielektrisyys on keskeinen tekijä sekä energian varastoinnissa että sähkökenttien hallinnassa laitteissa.