25.8: Kondansatörde Dielektrik Polarizasyonu

Bir kondansatörde dielektrik bir ortamın varlığı sadece voltajı ve kapasitansı değiştirmez, aynı zamanda elektrik alanı üzerinde de etkiler yaratır. Genel olarak, dielektrikler iki tür olabilir: polar ve apolar. Polar bir dielektrikte, moleküllerdeki pozitif ve negatif yükler bir mesafe ile ayrılır ve bu nedenle kalıcı bir dipol momenti vardır. Buna karşılık, apolar bir dielektrikte böyle bir yük ayrımı olmamasına rağmen, apolar moleküller dış bir elektrik alanının varlığında polarize olurlar. Her iki durumda da, dipoller elektrik alanı olmadan rastgele bir şekilde yönlendirilir.

Bir polar dielektrik, homojen bir elektrik alanına yerleştirildiğinde, dipoller alanla hizalar ve dielektriğin yüzeylerinde eşit ve zıt yüzey yükleri indükler. Apolar moleküller, dış bir elektriksel alanda polar hale gelebilirler ve buna indüklenmiş polarizasyon denir. Bir apolar molekülün pozitif ve negatif yükleri dış elektrik alanı tarafından ayrılır, buna bağlı olarak polarizasyon indüklenir ve yükleri alanla paralel hizalanır. Dielektrik yüzeylerindeki indüklenmiş yükler plakalar arasındaki voltajı azaltır ve kapasitansı artırır.

İndüklenmiş yüzey yükleri bir indüklenmiş elektrik alanı üretir. Net elektrik alanı, harici ve indüklenmiş alanların vektör toplamıdır. Dielektrik sabiti kullanılarak net alan harici alana bağlı olarak yazılabilir.

Eşitlikler (1) ve (2) birleştirilerek indüklenmiş elektrik alanının bir ifadesi elde edilir.

Harici alanın büyüklüğü bir sınırdan öteye artırılırsa, dielektrikteki moleküller iyonize olur. Dielektrikte serbest elektronlar üretilir, böylece dielektrik üzerinden bir plakadan diğerine akım oluşur. Bu olaya dielektrik bozunumu denir.

Bir kondansatördeki dielektrik katman, polar veya polar olmayan moleküllerden yapılabilir.

Polar dielektriklerdeki pozitif ve negatif yükler net bir ayrıma sahiptir ve bu nedenle kalıcı olarak polarize olurlar. Polar olmayan dielektriklerin yük ayrımı yoktur; Bununla birlikte, bir elektrik alanının varlığında, bu dielektrikler polarize olur.

Tamamen yüklenmiş bir kondansatörde, bir polar dielektrik yerleştirilirse, rastgele yönlendirilmiş dipoller alanla hizalanarak eşit ve zıt yüzey yüklerine

Polar olmayan dielektrikler söz konusu olduğunda, elektrik alanı pozitif ve negatif yükleri ayırır, polarizasyonu indükler ve bunları alan boyunca daha da hizalar.

Dış alan ile indüklenen yüzey yüklerinden kaynaklanan alanın vektör toplamı net elektrik alanını verir. Bu, dielektrik sabiti ile dış alanla ilgilidir. Terimlerin yeniden düzenlenmesi, indüklenen elektrik alanının ifadesini verir.

Elektrik alan büyüklüğü bir sınırın üzerine çıktığında, dielektrikteki molekülleri iyonize eder. Dielektrik, bir iletken gibi davranır ve plakalar arasında akım akışına izin vererek dielektrik bozulmasına yol açar.