Permittivitäten

Permittivitäten sind Eigenschaften von Materialien, die angeben, wie sie ein elektrisches Feld beeinflussen und wie stark sie Feldlinien durchlassen. In der Elektrotechnik und Physik spielen sie eine zentrale Rolle bei Dielektrika und der Speicherung elektrischer Energie.

Im Internationalen Einheitensystem (SI) hat die Permittivität die Einheit Farad pro Meter (F/m). Die absolute Permittivität ε beschreibt die Fähigkeit eines Mediums, die Verschiebung D = ε E in einem elektrischen Feld zu ermöglichen. Die relative Permittivität εr ist dimensionslos und definiert als εr = ε/ε0, wobei ε0 die Vakuumpermutivität (ca. 8,854187817×10^-12 F/m) ist.

Für isotrope und homogene Materialien ist ε ein Skalar; in anisotropen Materialien ist ε ein Tensor, dessen Komponenten je nach Richtung variieren. Die komplexe Permittivität ε*(ω) = ε'(ω) - i ε''(ω) beschreibt die spektrale Reaktion einschließlich Verlusten; ε'' ist der dielektrische Verlust, und tan δ = ε''/ε' ist der Verlustwinkel.

Die Permittivität hängt von Frequenz und Temperatur ab und zeigt Dispersion. Bei niedrigen Frequenzen kann ε sehr groß sein, da verschiedene Polarisationsmechanismen (elektronische, orientierungs-, ionische und Grenzflächenpolarisation) beitragen. Bei hohen Frequenzen nähert sich ε dem hohen Frequenzlimit an.

Typische Beispiele: Vakuum ε ≡ ε0, Wasser hat εr ≈ 80 bei Raumtemperatur, Glas typischerweise 4–10, Kunststoff wie Polyethylen etwa 2–3. Anwendungen finden sich in Kondensatoren, Isolierstoffen, Mikrowellen- und Antennenmaterialien sowie in Sensorik und Telekommunikation. Die Messung erfolgt über Kapazitätsmessung oder Impedanzspektroskopie.