Kijk eens naar die keramische wc of wasbak in je badkamer. Waarschijnlijk niet, maar dat komt omdat dit materiaal een eigenschap heeft die vaak over het hoofd wordt gezien. Het is een diëlektricum, dat wil zeggen een stof die een slechte geleider van elektriciteit is, maar een goed middel voor elektrische opslag. Of we het nu hebben over keramiek, glas, lucht of zelfs vacuüm (een ander goed diëlektricum), wetenschappers gebruiken de zogenaamde diëlektrische constante, de verhouding tussen permittiviteit van een stof en permittiviteit van vrije ruimte. Of, in termen van leek, de verhouding van de hoeveelheid elektrische energie die in een materiaal is opgeslagen door een aangelegde spanning, ten opzichte van die opgeslagen in een vacuüm.
Verward? Welnu, misschien is er een beetje uitleg nodig om enkele van de technische belemmeringen voor begrip weg te nemen. Allereerst wordt een diëlektricum gedefinieerd als een isolerend materiaal of een zeer slechte geleider van elektrische stroom. Wanneer diëlektrica in een elektrisch veld worden geplaatst, stroomt er praktisch geen stroom in omdat ze, in tegenstelling tot metalen, geen losjes gebonden of vrije elektronen hebben die door het materiaal kunnen drijven. In plaats daarvan treedt elektrische polarisatie op, waarbij de positieve ladingen binnen het diëlektricum minutieus worden verplaatst in de richting van het elektrische veld en de negatieve ladingen minutieus worden verplaatst in de richting tegengesteld aan het elektrische veld. Deze lichte scheiding van lading of polarisatie vermindert het elektrische veld in het diëlektricum zelf. Deze eigenschap maakt het, zoals reeds vermeld, een slechte geleider, maar een goed opslagmedium.
In de praktijk zijn de meeste diëlektrische materialen solide. Maar zoals eerder vermeld, is droge lucht ook diëlektrisch, net als de meeste zuivere, droge gassen zoals helium en stikstof. Deze hebben een lage diëlektrische constante, terwijl zaken als metaaloxiden een hoge constante hebben. Materialen met matige diëlektrische constanten zijn onder meer keramiek, gedestilleerd water, papier, mica, polyethyleen en glas. Naarmate de diëlektrische constante toeneemt, neemt de elektrische fluxdichtheid toe (de totale hoeveelheid elektrische lading per gebied), maar alleen als alle andere factoren ongewijzigd blijven. Dit maakt het op zijn beurt mogelijk dat objecten van een bepaalde grootte, zoals sets metalen platen, hun elektrische lading gedurende lange tijd kunnen vasthouden en / of grote hoeveelheden lading kunnen vasthouden.
Omdat ze goed isolerend materiaal (of diëlektricum) vormen, worden metaaloxiden, droge lucht en vacuüm vaak gebruikt bij de constructie van hoogenergetische condensatoren en hoogfrequente transmissielijnen, waar elektrische energie wordt opgeslagen op radiofrequenties.
We hebben veel artikelen geschreven over de diëlektrische constante voor Space Magazine. Hier is een artikel over hoe microgolven werken, en hier is een artikel over de tafelbladtest van algemene relativiteitstheorie.
Als je meer informatie wilt over diëlektrische constante, bekijk dan deze artikelen van Hyperphysics and Web Physics.
We hebben ook een hele aflevering van Astronomy Cast opgenomen over elektromagnetisme. Luister hier, aflevering 103: elektromagnetisme.
Bronnen:
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
