Techniklexikon

Dielektrizitätskonstante

Dielektrikum Elektrodynamik und Elektrotechnik, e, DK, Permittivität, Influenzkonstante, elektrische Feldkonstante, Proportionalitätsfaktor zwischen der elektrischen Feldstärke E und der dielektrischen Verschiebung D:

.

1) Dielektrizitätskonstante des Vakuums, Influenzkonstante, elektrische Feldkonstante: Im Vakuum gilt: E = e₀ × D.

e₀ hat im SI-System den Zahlenwert und die Einheit

,

dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Im CGS-System gilt hingegen e₀ = 1.

Die Influenzkonstante kann also als Umrechnungskonstante zwischen Gaussschen CGS-Einheiten und SI-Einheiten betrachtet werden;

2) relative Dielektrizitätskonstante, e_r, Dielektrizitätszahl, Dielektrizität, Permittivitätszahl, das (dimensionslose) Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten in Materie und im Vakuum: e_r = e/e₀.

Im Gegensatz zur Dielektrizitätskonstanten des Vakuums ist die relative Dielektrizitätskonstante e_r, die Dielektrizitätszahl, Träger von physikalischer Information: in ihr ist das Verhalten dielektrischer Materie (Dielektrikum) in einem äusseren elektrischen Feld parametrisisert. Die dielektrische Verschiebung D bei Anlegen eines elektrischen Feldes E an ein Dielektrikum ist

D = e_re₀E.

Im Vakuum ist e_r gleich eins; der hiervon verschiedene Zahlenwert in dielektrischen Materialien rührt daher, dass ein äusseres elektrisches Feld E die elektrischen Ladungen in den Atomen bzw. Molekülen des Dielektrikums verschiebt, wodurch sich wiederum das elektrische Feld im Inneren des Dielektrikums ändert; das Medium wird also elektrisch polarisiert (elektrische Polarisation). Es gilt: D = e_re₀E = e₀E + P, im isotropen Medium auch D = e₀(1 + c_e)E (P: elektrische Polarisation, c_e = e_r - 1: elektrische Suszeptibilität).

In isotropen Medien ist e_r für manche Materialien näherungsweise ein konstanter Skalar (s. Tabelle), meist jedoch eine komplexe, von der Frequenz des elektrischen Feldes abhängige Funktion (komplexe Dielektrizitätskonstante e *(w)); in anisotropen Medien hingegen sind E und D oft nicht mehr parallel, e_r hat also tensoriellen Charakter (dielektrischer Tensor). Dies ist insbsondere in der Kristalloptik von Bedeutung.

Dielektrizitätskonstante: Relative Dielektrizitätskonstante einiger Stoffe.

bottom:solid black 1.1pt;mso-border-top-alt:.75pt;mso-border-left-alt: .6pt;mso-border-bottom-alt:1.1pt;mso-border-right-alt:.6pt;mso-border-color-alt: black;mso-border-style-alt:solid;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Material	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-left-alt:solid black .6pt;mso-border-top-alt:.75pt;mso-border-left-alt: .6pt;mso-border-bottom-alt:1.1pt;mso-border-right-alt:.6pt;mso-border-color-alt: black;mso-border-style-alt:solid;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Dielektrizitätszahl er = e/e0
BaTiO3 (Ferroelektrikum)	102-103 (je nach Modifikation)
CaTiO3 (Ferroelektrikum)	150-180
Diamant	16,5
Eis	16 ( - 20°C)
Glas	5-10
Porzellan	7
Neopren	6,9
Schwefel	3,6-4,3
Papier	3,7
Plexiglas	3,4
Hartgummi	2,5-3,5
Blausäure	95
Nitrobenzol	37 (15°C)
Ethanol	25,8 (20°C)
Petroleum	2,1 (18°C)
Wasser	88 (0°C)
Wasser	81,1 (18°C)
Wasser	73,4 (40°C)
Wasserdampf	1,026 (110°C, 105Pa)
Luft	1,000576 (0°C, 105Pa)
Luft	1,05404 (0°C, 107Pa)
Wasserstoff	1,000264 (0°C, 105Pa)
Schwefeldioxid	1,0099 (0°C, 105Pa)
Stickstoff	1,000606 (0°C, 105Pa)
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Vakuum	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'>    1

 

Wird ein Isolator zwischen die Platten eines Kondensators gebracht, entstehen durch die Polarisation Oberflächenladungen (Influenzladungen), die dessen Kapazität gemäss C = e_r × C_Vakuum erhöhen, was grosse technische Bedeutung hat und auch zur Messung von e_r benutzt werden kann.

Bewegt sich eine elektromagnetische Welle durch ein Dielektrikum, so erfährt sie eine frequenzabhängige Richtungsänderung (Brechung). Die optische Brechzahl n ist mit e_r und der relativen magnetischen Permeabilität m_r des Materials durch die Maxwell-Relation  verknüpft. Die Verknüpfung von Optik und Elektromagnetismus, die unter anderem in dieser Beziehung zum Ausdruck kommt, zählt zu den wichtigsten Leistungen der Physik des 19. Jahrhunderts.