Il campo dei dielettrici è una branca della fisica che copre il modo in cui i materiali isolanti separano le diverse cariche elettriche in un condensatore. Un condensatore è un dispositivo con due piastre metalliche di cariche opposte, con un materiale isolante dielettrico tra le cariche separate. Le proprietà che influenzano i dielettrici possono includere l’espansione termica, la conduttività termica e il calore specifico. La forza delle cariche interagenti in un dato materiale è definita dalla costante dielettrica. Tutti i materiali, inclusi aria, acqua, vetro e diverse parti del corpo umano, hanno una costante dielettrica specifica e i dielettrici sono stati utilizzati per sviluppare superconduttori, sistemi di telecomunicazione ottici e dispositivi microelettronici.
I solidi non metallici fungono da isolanti perché non conducono bene le cariche, quindi le cariche positive e negative rimangono sui lati opposti. Le piastre in un condensatore possono essere distanziate di margini molto piccoli, con un materiale dielettrico in mezzo, riducendo la forza di un campo elettrico e impedendo il cortocircuito di un dispositivo. La capacità nasce da un rapporto tra la carica e la tensione e si misura proporzionalmente alla costante dielettrica del materiale isolante. Se la carica e la tensione sono troppo alte, il materiale dielettrico si guasta, le cariche non possono più essere separate e si può accumulare abbastanza calore da danneggiare il condensatore e l’elettronica associata.
La scienza dei dielettrici è stata utilizzata per la produzione di circuiti stampati e dei minuscoli componenti che li montano. È anche possibile fabbricare parti microscopiche ad alta velocità utilizzando sorgenti luminose come luce visibile, luce ultravioletta e raggi X. I film isolanti realizzati con polimeri complessi fungono anche da dielettrici per circuiti integrati molto piccoli e loro parti. Dimensioni del circuito più piccole significano che le correnti hanno maggiori probabilità di fuoriuscire e un aumento del calore può danneggiare significativamente un componente del circuito che può a malapena essere visto ad occhio nudo. I condensatori di memorizzazione e la memoria non volatile utilizzano materiali con un’elevata costante dielettrica per resistere agli effetti di forti cariche.
Qualsiasi cosa, da un pezzo di metallo all’aria all’osso umano, è dielettrico e può immagazzinare una carica elettrica. Gli scienziati che studiano i materiali su scala nanometrica sono consapevoli dei dielettrici per aiutare a capire come l’energia viene immagazzinata in vari materiali nanocompositi. Quando si fabbricano strutture su nanoscala, i ricercatori possono controllare quante bolle d’aria ci sono all’interno per regolare la costante dielettrica. L’importanza di fabbricare materiali senza difetti viene affrontata utilizzando speciali microscopi in grado di misurare le proprietà dielettriche dei materiali isolanti. I materiali dielettrici microscopicamente sottili vengono costantemente fabbricati con proprietà che si adattano ad applicazioni specifiche.