Katso tämä kylpyhuoneen keraaminen wc tai pesuallas. Todennäköisesti ei, mutta se johtuu siitä, että tällä materiaalilla on ominaisuus, joka usein unohdetaan. Se on dielektrinen, tarkoittaen ainetta, joka on huono sähkönjohdin, mutta hyvä keino sähkön varastointiin. Puhummepa sitten keramiikasta, lasista, ilmasta tai jopa tyhjiöstä (toinen hyvä dielektrinen aine), tutkijat käyttävät niin kutsuttua dielektristä vakioita, mikä on aineen sallimisen suhde vapaan tilan luettavuuteen. Tai maallikon kannalta materiaaliin varastoidun sähköenergian määrän suhde sovelletulla jännitteellä suhteessa tyhjiössä varastoituneen energian määrään.
Hämmentynyt? No, kenties tarvitaan pieni selitys, jotta jotkut teknisistä esteistä voidaan ymmärtää. Ensinnäkin dielektrisyys määritellään eristysmateriaaliksi tai erittäin huonoksi sähkövirran johtajaksi. Kun dielektrikot asetetaan sähkökenttään, niihin ei virtaa käytännössä virtaa, koska toisin kuin metalleissa, niissä ei ole löysästi sidottuja tai vapaita elektroneja, jotka voivat ajautua materiaalin läpi. Sen sijaan tapahtuu sähköinen polarisaatio, jossa dielektrisen laitteen positiiviset varaukset siirtyvät hetkellisesti sähkökentän suuntaan ja negatiiviset varaukset siirtyvät yksityiskohtaisesti sähkökenttää vastakkaiseen suuntaan. Tämä pieni varauksen erottelu tai polarisaatio vähentää itse dielektrisen sähkökenttää. Tämä ominaisuus, kuten jo mainittiin, tekee siitä huonon johtimen, mutta hyvän tallennusvälineen.
Käytännössä suurin osa dielektrisistä materiaaleista on kiinteitä. Mutta kuten jo mainittiin, kuiva ilma on myös dielektrinen, samoin kuin useimmat puhtaat, kuivat kaasut, kuten helium ja typpi. Näillä on alhainen dielektrisyysvakio, kun taas esimerkiksi metallioksideilla on korkea vakio. Materiaaleja, joilla on kohtalaiset dielektriset vakiot, ovat keramiikka, tislattu vesi, paperi, kiille, polyeteeni ja lasi. Dielektrisen vakion kasvaessa sähkövuon tiheys kasvaa (sähkövarauksen kokonaismäärä pinta-alaa kohti), mutta vain, jos kaikki muut tekijät pysyvät ennallaan. Tämä puolestaan mahdollistaa tietyn kokoiset esineet, kuten metallilevyjoukot, pitämään sähkövarauksensa pitkiä aikoja ja / tai pitämään suuria määriä varauksia.
Koska ne muodostavat hyvän eristysaineen (tai dielektrisen), metallioksideja, kuivaa ilmaa ja tyhjiötä käytetään usein rakentamaan suurienergisia kondensaattoreita sekä radiotaajuisia siirtojohtoja, joissa sähköenergiaa varastoidaan radiotaajuuksilla.
Olemme kirjoittaneet useita artikkeleita Space Magazine -lehden dielektrisestä vakiosta. Tässä on artikkeli siitä, miten mikroaallot toimivat, ja tässä on artikkeli yleisen suhteellisuusteorian pöytätestistä.
Jos haluat lisätietoja dielektrisestä vakiosta, tutustu näihin artikkeleihin hyperfysiikasta ja verkkofysiikasta.
Olemme myös nauhoittaneet koko jakson tähtitiede-näyttelijöistä, jotka käsittelevät kaikkia sähkömagneettisuuksia. Kuuntele täällä, Jakso 103: Sähkömagneettisuus.
Lähteet:
http://en.wikipedia.org/wiki/Dielectric
http://en.wikipedia.org/wiki/Relative_permittivity
http://en.wikipedia.org/wiki/Flux
http://en.wikipedia.org/wiki/Electrostatic
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162637/dielectric-constant
http://searchcio-midmarket.techtarget.com/sDefinition/0,,sid183_gci546287,00.html
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/162630/dielectric
