dielektrien

Dielektrien sind elektrisch isolierende Stoffe, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes polarisieren können. Sie leiten in der Regel keinen Gleichstrom, dienen aber der Speicherung von elektrischer Energie und der Formung von Feldern in Bauteilen.

Die Polarisationsmechanismen in Dielektrien umfassen elektronische, Orientierungspolarisation und Gitter- bzw. Ionenpolarisationsprozesse. Dadurch erhöht sich die Fähigkeit des Materials, ein Feld zu beeinflussen, was sich in einer höheren Dielektrizitätskonstante εr widerspiegelt. Die absolute Permittivität eines Dielektrikums ist ε = ε0 εr, wobei ε0 die elektrische Feldkonstante ist. In der Beziehung D = ε E entspricht D der Flächenladungsdichte und E dem Feldstärke; D lässt sich auch als D = ε0 E + P schreiben, wobei P die Polarisation beschreibt. Der Zusammenhang zwischen P und E wird oft durch P = ε0 χe E ausgedrückt, wobei χe der elektrische Suszeptibilitätsbegriff ist und χe = εr − 1.

Dielektrische Verluste treten bei der Wechselspannung auf und werden durch den Verlustfaktor oder die Verlustteilung tan δ beschrieben, die Energie in Wärme umwandeln. Dielektrien weisen außerdem eine Durchbruchfestigkeit auf; bei Überschreitung dieses Feldes kommt es zu einem plötzlichen, irreversiblen Durchbruch des Materials.

Typische Dielektrien umfassen Luft, Keramiken, Polymere (z. B. Folienpolymerien), Glas und natürliche Insulationsstoffe. Sie finden breite Anwendung in Kondensatoren, isolierenden Bauteilen in Hochspannungskabeln, Leiterplattensubstraten, Mikrowellen- und Hochfrequenzbauteilen sowie in vielen weiteren elektronischen und elektrotechnischen Systemen. Wichtige Eigenschaften sind die relative Permittivität, der Verlustfaktor, die Durchbruchfestigkeit, Temperatur- und Frequenzverhalten sowie chemische Stabilität.