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Dielektrizitätskonstante

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

Dielektrizitätskonstante.

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

e0 hat im SI-System den Zahlenwert und die Einheit

Dielektrizitätskonstante,

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

Im Gegensatz zur Dielektrizitätskonstanten des Vakuums ist die relative Dielektrizitätskonstante er, 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 = ere0E.

Im Vakuum ist er 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 = ere0E = e0E + P, im isotropen Medium auch D = e0(1 + ce)E (P: elektrische Polarisation, ce = er - 1: elektrische Suszeptibilität).

In isotropen Medien ist er 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, er hat also tensoriellen Charakter (dielektrischer Tensor). Dies ist insbsondere in der Kristalloptik von Bedeutung.

Dielektrizitätskonstante: Relative Dielektrizitätskonstante einiger Stoffe.

Material

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)

Vakuum

   1

 

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

Bewegt sich eine elektromagnetische Welle durch ein Dielektrikum, so erfährt sie eine frequenzabhängige Richtungsänderung (Brechung). Die optische Brechzahl n ist mit er und der relativen magnetischen Permeabilität mr des Materials durch die Maxwell-Relation Dielektrizitätskonstante 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.

 

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Dielektrizitätskonstante des Vakuums

 

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