Dielektrikum

Kondenzátor je elektrická součástka složená ze dvou vodivých desek, které nejsou elektricky spojené. Mezi deskami je umístěn izolant. Na první pohled to vypadá, že izolant má pouze funkci „oddělovače“, ale skutečná úloha tohoto materiálu je mnohem zajímavější.

Izolant vs. dielektrikum

Izolant je materiál, který nevede elektrický proud, protože nemá volné nosiče náboje. Dielektrikum je však specifický typ izolantu – látka, která se pod vlivem elektrického pole orientuje.

Vakuum je sice izolantem, ale protože je zcela prázdné a neobsahuje žádné částice, které by se mohly orientovat, není dielektrikem. V něm nemůže probíhat tzv. polarizace dielektrika.

Polarizace dielektrika

Elektrické pole vázaných nábojůElektrické pole působí na strukturu látky a způsobuje, že se molekuly s nesymetricky rozloženým nábojem se natočí ve směru pole, nebo se elektronové obaly atomů deformují.

Oba jevy vedou ke vzniku tzv. elektrických dipólů, které se orientují proti vnějšímu elektrickému poli. V dielektriku dojde k posunu vázaných nábojů – na jedné straně převažuje kladný náboj, na druhé záporný.

Permitivita

Míru, jak silně se materiál polarizuje, vyjadřuje fyzikální veličina zvaná permitivita:

• Permitivita vakua: ε₀
• Relativní permitivita materiálu: εᵣ
• Celková permitivita materiálu: ε = ε₀ εᵣ

Permitivita nám říká, kolik náboje může kondenzátor při stejném napětí uložit. Například sklo má relativní permitivitu přibližně 10, takže stejný kondenzátor se sklem uloží desetkrát více náboje než se vzduchem.

Elektrická indukce D

Posun vázaných nábojů způsobí, že se dielektrikum chová jako zdroj vlastního elektrického pole, které má opačnou polaritu než pole vnější. Tím dochází k částečnému zeslabení původního elektrického pole.

Pro popis pole, které není ovlivněno vázanými náboji, se zavádí vektor elektrické indukce D. Tento vektor popisuje „čisté“ pole vytvořené volnými náboji.

Vztah mezi intenzitou elektrického pole a elektrickou indukcí je:

$$
D = \varepsilon \cdot E\ \left(\frac{\mathrm{C}}{\mathrm{m^2}}\right)
$$

Popsali jsme si, co se děje v dielektriku pod vlivem elektrického pole, ale ještě jsme si neřekli, jak polarizace umožňuje kondenzátoru uložit více náboje. Přesně o tom bude příští článek.