誘電体は、静電容量を増加させるためにコンデンサーに使用されます。これは、誘電体がプレート間の媒体のイオン化に抵抗する能力を高め、その結果、静電容量が増加するためです。
誘電体は基本的に絶縁体であり、電流の伝導率が低い材料です。導体の自由電子とは異なり、その電子はその原子につながれています。したがって、電流は流れません。
もちろん、そのような材料は、それ自体を絶縁するために使用されない限り、導電性デバイスには使用できません。しかし、誘電体が技術者に嫌われていると思ったら大間違いです。実際、誘電体はトランジスタと同じくらい遍在しています。すべてのコンデンサの間に誘電体が挟まれています。これがなければ、タッチスクリーンは単なるガラス板になります。しかし、絶縁体はどのようにしてコンデンサの効率を高めるのでしょうか?
各種コンデンサの組み合わせ
まず、コンデンサの仕組みを理解する必要があります。
コンデンサー
コンデンサは、互いに非常に接近して配置された 2 つの平行な金属板で構成されるデバイスです。コンデンサの主な目的は、電荷を蓄えることです。電荷は、後で他の回路を駆動するために解放できます。この特性は、インバーターなどのデバイスで非常に役立ちます。ただし、充電を解放する前に、まずそれを取得する必要があります。
コンデンサーは、そのプレートをバッテリーの端子に接続することによって充電されます。さて、金属は自由電子の海であるため、マイナス端子から放出された電子が金属に到達すると、表面の電子を激しく反発します。反発力は、バッテリーによって電子に加えられる力を中和し、電子がプレートに蓄積するのを防ぎます。
マイナス端子から来る電子は金属に到達し、金属の表面で電子を激しく反発し、バッテリーによって電子に加えられる力を中和します.
余分な電子は、斥力よりも大きな力で何らかの形で引き寄せられた場合に収容できます。これは、別の金属板を平行に配置することによって実現されます。パラレル プレートは、バッテリーのプラス側に接続されています。その時点で、正端子は接続されているプレートから電子を引き寄せ、正に帯電させます。
別の平行な金属板を配置することにより、余分な電子が収容されます。
この正に帯電したプレートは、必要な引力を提供します。つまり、負の端子によって伝達された余分な電子を引き付けます。このようにして、コンデンサは電荷を蓄えます。プレートのこの電荷は、通常はバッテリーの 2 つの端子にあるように、ワイヤーを負極板と正極板に接続するだけで、バッテリーがない場合に別の回路を駆動するために使用できます。
誘電体が静電容量を高める理由
誘電体中の原子をイオン化して電流を生成することはできませんが、確実に分極することができます。負に帯電した物体を誘電体に近づけると、原子内の電子が反発します。これにより、誘電体の物体に面する側に正味の正電荷が発生し、その結果、反対側に正味の負電荷が発生します。
ここで、正電荷の軍隊が負のプレートに面しているため、プレート上の電子はプレートにさらにしっかりと結合します。また、2 番目のプレートが電子に面しているため、プレート上の電子はより効果的に反発されます。これにより、最初のプレートにさらに多くの電子が発生し、全体の静電容量が増加します!
静電容量は、プレートの断面積とそれらの間の距離の比率によって与えられます。プレートが大きいほどより多くの電荷を収容できるという明らかな理由で、プレートの断面を大きくすると静電容量が増加します。キャパシタンスは、プレート間の距離が大きくなると減少します。単純な理由は、距離が長くなると、電子を引き付けて 2 番目のプレートに結合する引力が弱まるからです。
しかし、静電容量は、プレート間の媒体がイオン化に抵抗する能力の直接的な関数でもあることがわかりました。この能力の尺度は、その誘電率によって与えられます。したがって、静電容量は、プレートの断面とそれらの間の距離の比率に、それらの間の媒体の誘電率を掛けたものに等しくなります。
結論として、優れた誘電体は単なる絶縁体ではなく、どんな犠牲を払ってもイオン化を拒否する材料です。また、プレートが常に分離されているため、短絡の可能性が回避されます。さらに優れた誘電体は堅牢で、より高い温度でも機能します。
