Bahan dikategorikan sebagai konduktor, penebat dan semikonduktor berdasarkan sifat pengalir elektrik mereka. Setiap bahan terdiri daripada molekul yang pada gilirannya terdiri dari atom. Apabila dikenakan medan elektrik atom-atom ini dalam bahan mengalami anjakan dan perubahan sifat tertentu. Pada bulan Oktober 1745, eksperimen yang dilakukan oleh Ewald Georg von Kleist dari Jerman dengan menghubungkan penjana elektrostatik voltan tinggi ke isipadu air yang dikumpulkan dalam balang tangan dengan menggunakan wayar menunjukkan bahawa cas dapat disimpan. Dengan menggunakan fenomena ini, Pieter van Musschenbroek mencipta kapasitor pertama yang disebut 'Leyden Jar'. Sifat material baru yang menyokong penemuan ini adalah 'Dielectric'.

Apakah Dielektrik?

Setiap bahan terdiri daripada atom. Atom mengandungi zarah bermuatan negatif dan positif. Nukleus pusat atom dicas positif. Dalam sebarang bahan, atom disusun sebagai dipol diwakili dengan caj positif dan negatif di hujungnya. Apabila bahan-bahan ini dikenakan medan elektrik momen dipol berlaku.

Bahan konduktor mula mengalir semasa elektrik digunakan. Penebat menentang aliran elektrik kerana ia tidak mempunyai elektron bergerak bebas dalam strukturnya. Tetapi Dielectric adalah jenis penebat khas yang tidak mengalirkan elektrik tetapi menjadi terpolarisasi apabila terkena elektrik.

Polarisasi-dielektrik

Dalam bahan Dielektrik, apabila dikenakan medan elektrik, cas positif yang terdapat pada bahan tersebut akan berubah arah ke arah medan elektrik yang diaplikasikan. Cas negatif dialihkan ke arah yang bertentangan dengan medan elektrik yang digunakan. Ini membawa kepada polarisasi Dielektrik. Dalam bahan dielektrik, cas elektrik tidak mengalir melalui bahan tersebut. Polarisasi mengurangkan keseluruhan medan dielektrik.

Sifat Dielektrik

Istilah Dielectric pertama kali diperkenalkan oleh William Whewell. Ini adalah gabungan dua perkataan- ‘Dia’ dan ‘elektrik’. Kekonduksian elektrik dielektrik yang sempurna adalah sifar. Dielektrik menyimpan dan menghilangkan tenaga elektrik yang serupa dengan kapasitor yang ideal. Beberapa sifat utama bahan Dielektrik adalah Kerentanan Elektrik, Polarisasi Dielektrik, Penyebaran dielektrik, Relaksasi dielektrik, Ketentapan, dan lain-lain…

Kerentanan Elektrik

Seberapa mudah bahan dielektrik dapat terpolarisasi ketika terkena medan elektrik diukur oleh kerentanan elektrik. Kuantiti ini juga menentukan kebolehtelapan elektrik bahan.

Polarisasi Dielektrik

Momen dipol elektrik adalah ukuran pemisahan muatan negatif dan positif dalam sistem. Hubungan antara momen dipol (M) dan medan elektrik (E) menimbulkan sifat dielektrik. Apabila medan elektrik yang digunakan dikeluarkan atom kembali ke keadaan semula. Ini berlaku secara pereputan eksponensial. Masa yang diambil oleh atom untuk mencapai keadaan asalnya dikenali sebagai Waktu Relaksasi.

Polarisasi Jumlah

Terdapat dua faktor yang menentukan polarisasi dielektrik. Mereka adalah pembentukan momen dipol dan orientasinya relatif terhadap medan elektrik. Berdasarkan jenis dipol dasar boleh ada polarisasi elektronik atau polarisasi ion. Polarisasi elektronik P_adalahberlaku apabila molekul dielektrik yang membentuk momen dipol terdiri daripada zarah-zarah neutral.

Polarisasi ion P_idan polarisasi elektronik kedua-duanya tidak bergantung pada suhu. Momen dipol kekal dihasilkan dalam molekul apabila terdapat taburan cas asimetris antara atom yang berbeza. Dalam kes sedemikian, polarisasi orientasi P_ataudiperhatikan. Sekiranya terdapat cas percuma dalam bahan dielektrik, ia akan menyebabkan polarisasi cas Angkasa P_s. Keseluruhan polarisasi dielektrik melibatkan semua mekanisme ini. Oleh itu, total polarisasi bahan dielektrik adalah

P_Jumlah= P_i+ P_adalah+ P_atau+ P_s

Penyebaran Dielektrik

Apabila P adalah polarisasi maksimum yang dicapai oleh dielektrik, t_radalah waktu relaksasi untuk proses polarisasi tertentu, proses polarisasi dielektrik dapat dinyatakan sebagai

“program kad percuma untuk pelajar ”

P (t) = P [1-exp (-t / t_r)]

Waktu berehat berbeza untuk proses polarisasi yang berbeza. Polarisasi elektronik sangat cepat diikuti oleh polarisasi ion. Polarisasi orientasi lebih perlahan daripada polarisasi ion. Polarisasi cas ruang sangat perlahan.

Pecahan Dielektrik

Apabila medan elektrik yang lebih tinggi digunakan, penebat mula bergerak dan berkelakuan sebagai konduktor. Dalam keadaan seperti itu, bahan dielektrik kehilangan sifat dielektriknya. Fenomena ini dikenali sebagai Dielectric Breakdown. Ini adalah proses yang tidak dapat dipulihkan. Ini membawa kepada kegagalan bahan dielektrik.

Jenis Bahan Dielektrik

Dielektrik dikategorikan berdasarkan jenis molekul yang terdapat dalam bahan. Terdapat dua jenis dielektrik - Dielektrik polar dan dielektrik Non-polar.

Dielektrik Polar

Dalam dielektrik polar, pusat jisim zarah positif tidak bertepatan dengan pusat jisim zarah negatif. Di sini momen dipol wujud. Molekulnya tidak simetri dalam bentuk. Apabila medan elektrik digunakan molekul-molekulnya menjajarkan diri dengan medan elektrik. Apabila medan elektrik dikeluarkan momen dipol secara rawak diperhatikan dan momen dipol bersih dalam molekul menjadi sifar. Contohnya ialah H2O, CO2, dll ...

Dielektrik Bukan Kutub

Dalam dielektrik bukan polar, pusat jisim zarah positif dan zarah negatif bertepatan. Tidak ada momen dipol dalam molekul ini. Molekul-molekul ini berbentuk simetris. Contoh dielektrik bukan polar adalah H2, N2, O2, dll ...

Contoh Bahan Dielektrik

Bahan dielektrik boleh menjadi pepejal, cecair, gas, dan vakum. Dielektrik pepejal sangat digunakan dalam kejuruteraan elektrik. Beberapa contoh dielektrik yang dijual adalah porselin, seramik, kaca, kertas, dan lain-lain ... Udara kering, nitrogen, sulfur heksafluorida dan oksida pelbagai logam adalah contoh dielektrik gas. Air suling, minyak pengubah adalah contoh biasa dielektrik cecair.

Aplikasi Bahan Dielektrik

Beberapa aplikasi dielektrik adalah seperti berikut-

Ini digunakan untuk simpanan tenaga di kapasitor .
Untuk meningkatkan prestasi peranti semikonduktor, bahan dielektrik permitiviti tinggi digunakan.
Dielektrik digunakan dalam Paparan Kristal Cecair.
Dielektrik keramik digunakan di Dielectric Resonator Oscillator.
Filem tipis Barium Strontium Titanate adalah dielektrik yang digunakan dalam peranti yang boleh diselaraskan gelombang mikro yang memberikan ketetapan tinggi dan arus kebocoran rendah.
Parylene digunakan dalam pelapis industri bertindak sebagai penghalang antara substrat dan persekitaran luaran.
Dalam elektrik pengubah , minyak mineral digunakan sebagai dielektrik cecair dan mereka membantu dalam proses penyejukan.
Minyak kastor digunakan dalam kapasitor voltan tinggi untuk meningkatkan nilai kapasitansinya.
Electrets, bahan dielektrik yang diproses khas bertindak sebagai elektrostatik bersamaan dengan magnet.

Soalan Lazim

1). Apakah penggunaan dielektrik dalam kapasitor?

Dielektrik yang digunakan dalam kapasitor membantu mengurangkan medan elektrik yang seterusnya menurunkan voltan sehingga meningkatkan kapasitans.

2). Bahan dielektrik mana yang banyak digunakan dalam kapasitor?

Dalam kapasitor, bahan dielektrik seperti kaca, seramik, udara, mika, kertas, filem plastik digunakan secara meluas.

3). Bahan manakah yang mempunyai kekuatan dielektrik tertinggi?

Vakum sempurna diperhatikan mempunyai kekuatan dielektrik tertinggi.

4). Adakah semua penebat adalah dielektrik?

Tidak, walaupun dielektrik berperanan sebagai penebat, tidak semua penebat dielektrik.

Oleh itu, Dielektrik membentuk bahagian penting kapasitor. Bahan dielektrik yang baik harus mempunyai pemalar dielektrik yang baik, kekuatan dielektrik, faktor kehilangan yang rendah, kestabilan suhu tinggi, kestabilan penyimpanan yang tinggi, tindak balas frekuensi yang baik dan harus boleh diubah kepada proses industri. Dielektrik juga memainkan peranan penting dalam litar elektronik frekuensi tinggi. Pengukuran sifat dielektrik bahan memberikan maklumat mengenai ciri elektrik atau magnetnya. Apakah pemalar dielektrik?