Ta en titt på den keramiska toaletten eller handfat i ditt badrum. Förmodligen inte, men det beror på att detta material har en egenskap som ofta förbises. Det är ett dielektrikum, vilket betyder ett ämne som är en dålig ledare för elektricitet, men ett bra medel för elektrisk lagring. Oavsett om vi talar om keramik, glas, luft eller till och med vakuum (en annan bra dielektrik), använder forskare det som kallas Dielectric Constant, vilket är förhållandet mellan permittivitet för ett ämne och permittiviteten i fritt utrymme. Eller, i lekmannes termer, förhållandet mellan mängden elektrisk energi som lagras i ett material med en applicerad spänning, relativt den som lagras i ett vakuum.
Förvirrad? Nåväl, kanske en liten förklaring är nödvändig för att fördriva några av de tekniska vägspärrarna till förståelse. Först och främst definieras en dielektrik som ett isolerande material eller en mycket dålig ledare av elektrisk ström. När dielektrik placeras i ett elektriskt fält, rinner praktiskt taget ingen ström i dem eftersom de, till skillnad från metaller, inte har några löst bundna eller fria elektroner som kan driva genom materialet. Istället inträffar elektrisk polarisation, där de positiva laddningarna i dielektriken förskjuts minutiellt i det elektriska fältets riktning, och de negativa laddningarna förskjuts minutiellt i motsatt riktning mot det elektriska fältet. Denna lilla separering av laddning eller polarisering minskar det elektriska fältet i själva dielektriken. Den här egenskapen, som redan nämnts, gör den till en dålig ledare, men ett bra lagringsmedium.
I praktiken är de flesta dielektriska material fasta. Men som redan nämnts är torr luft också dielektrisk, liksom mest rena, torra gaser som helium och kväve. Dessa har en låg dielektrisk konstant, medan saker som metalloxider har en hög konstant. Material med måttliga dielektriska konstanter inkluderar keramik, destillerat vatten, papper, glimmer, polyeten och glas. När den dielektriska konstanten ökar ökar den elektriska flödestätheten (den totala mängden elektrisk laddning per yta), men bara om alla andra faktorer förblir oförändrade. Detta i sin tur möjliggör föremål av en viss storlek, såsom uppsättningar av metallplattor, att hålla sin elektriska laddning under långa tidsperioder och / eller att hålla stora mängder laddning.
På grund av att de utgör bra isoleringsmaterial (eller dielektricitet) används metalloxider, torr luft och vakuum ofta vid konstruktion av högenergikondensatorer samt radiofrekvensöverföringsledningar, där elektrisk energi lagras vid radiofrekvenser.
Vi har skrivit många artiklar om den dielektriska konstanten för Space Magazine. Här är en artikel om hur mikrovågor fungerar, och här är en artikel om top-top testet av allmän relativitet.
Om du vill ha mer information om dielektrisk konstant, kolla in dessa artiklar från Hyperphysics och Web Physics.
Vi har också spelat in ett helt avsnitt av Astronomy Cast som handlar om elektromagnetism. Lyssna här, avsnitt 103: Elektromagnetism.
källor:
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
