Dielektrizitätskonstante

Dielektrizitätskonstante, im Deutschen oft als relative Permittivität εr bezeichnet, ist eine kenngröße für die Polarisierbarkeit eines Materials im elektrischen Feld. Sie ist dimensionslos und beschreibt das Verhältnis der Permittivität eines Dielektrikums zur Vakuumpermittivität. Die absolute Permittivität eines Dielektrikums ist ε = ε0 εr, wobei ε0 der Vakuumwert von etwa 8,854187817×10^-12 F/m ist. In vielen Gleichungen wird εr auch als κ verwendet; D = ε0 εr E gilt als zentrale Beziehung zwischen dem elektrischen Feld E und der elektrischen Verschiebung D.

Für einen Kondensator mit Plattenfläche A und Abstand d gilt die Kapazität C = ε A / d = ε0 εr A / d. Damit hängt die Fähigkeit zur Speicherung elektrischer Energie maßgeblich von εr ab. Die Energie pro Volumen im Feld beträgt u = 1/2 E·D = 1/2 ε0 εr E^2. Die Dielektrizitätskonstante ist daher zentral für Anwendungen in Elektronik und Elektrik.

Dielektrische Eigenschaften hängen stark von Frequenz und Temperatur ab. Bei höheren Frequenzen sinkt εr oft, da Polarisationen nicht mehr ausreichend folgen. Die komplexe Permittivität ε*(ω) = ε'(ω) − i ε''(ω) trennt Realteil ε' (Speicherkapazität) und Imaginärteil ε'' (Verluste). Polarisation erfolgt über elektronische, orientationale, ionische und ggf. räumliche Ladungsträger; Debye-Relaxation beschreibt frequenzabhängiges Verhalten. Temperatur beeinflusst εr durch Beweglichkeit und Polarisation.

Typische Werte liegen nahe bei εr ≈ 1 für Luft/Vakuum, 2–4 für viele Nichtpolare, und deutlich höher für polare Flüssigkeiten wie Wasser (ca. 78 bei Raumtemperatur). Materialien wie Glass, Keramiken oder Polymere zeigen je nach Zusammensatz und Frequenz breite Wertebereiche. Anwendungen umfassen Kondensatoren, Isolation in Kabeln und Geräten sowie RF- und Hochfrequenzbauteile. Messungen erfolgen durch Kapazitäts- oder Impedanzmessungen über Frequenz.