3.3.13 Kondensator mit Dielektrikum

Wird ein nichtleitender Stoff, ein sogenanntes Dielektrikum (nicht leitendes Material), zwischen die beiden Platten eines geladenen Plattenkondensators gebracht (siehe Abb. 1), dann nimmt die Spannung zwischen den beiden Platten ab. Die Kapazität Q/U=C wird demnach größer.

Das Verhältnis Cmit Dielektrikum / Cohne Dielektrikum ist ein Merkmal des eingebrachten Dielektrikums. Dieses Verhältnis wird relative Dielektrizitätskonstante εr genannt.

Für einen Plattenkondensator mit Dielektrikum gilt:

Cmit Dielektrikum / Cohne Dielektrikum = Cmit Dielektrikum / (ε0 · A/ d) = εr

→ Cmit Dielektrikum = εr · ε0 · A / d

εr · ε0 wird als Dielektrizitätskonstante ε bezeichnet.

Im Fall εr = 1 (Vakuum) ist ε = ε0

Deshalb heißt die elektrische Feldkonstante ε0 auch Dielektrizitätskonstante des Vakuums.

Achtung !

In allen bisher hergeleiteten Feldgleichungen muss ε0 durch ε = εr · ε0 ersetzt werden !

Abb. 1

Polarisation

Der Einfluss des Dielektrikums auf das elektrische Feld ist leicht zu verstehen. Man denke zum Beispiel an das Dielektrikum Chlorwasserstoffgas. Ein Chlorwasserstoffmolekül ist ein elektrischer Dipol. Das Chloratom ist gegenüber dem Wasserstoffatom negativ geladen. Unter Einwirkung des elektrischen Feldes werden die Moleküle ausgerichtet (siehe Abb. 2).

Abb. 2

Die Randatome an den Platten erzeugen ein Gegenfeld und vermindern damit die Spannung.

Man könnte nach dieser Darstellung den Eindruck gewinnen, dass nur Dipol-Moleküle die Spannung herabsetzen können. Dies ist nicht der Fall, denn auch Moleküle mit gleichmäßig verteilten Ladungen werden im elektrischen Feld durch Influenz zu Dipolen. Die Ausrichtung von Dipol-Molekülen nennt man Orientierungspolarisation, die Bildung von Dipolen durch Influenz heißt Verschiebungspolarisation.