Was ist Permittivität?

Die Permittivität ist eine Eigenschaft einer Substanz, bei der sie die angeborene Fähigkeit besitzt, einer induzierten elektrischen Ladung in ihrer Struktur zu widerstehen. Dieses externe elektrische Feld wird im Allgemeinen als elektrische Flussdichte bezeichnet, und Materialien, die der Bildung des Feldes widerstehen, sind als Dielektrika oder häufiger als Isolatoren bekannt. Die Messung dieser Eigenschaft erfolgt in Einheiten von Farad pro Meter als Maß für die elektrische Kapazität, und die elektrische Flussdichte wird in Coulomb pro Quadratmeter gemessen, wobei ein Coulomb als Wert der elektrischen Ladung definiert ist, die in einem übertragen werden kann zweitens, wo ein konstanter Strom von einem Ampere existiert. Die Werte der elektrischen Permittivität werden daher als Verhältnis der aufgeprägten elektrischen Flussdichte zur tatsächlichen Stärke des im Material erzeugten elektrischen Felds ausgedrückt.

Auch die Maße dieser Eigenschaft variieren je nach Medium und werden oft als Vakuum oder relative Dielektrizitätskonstante ausgedrückt. Die Vakuumpermittivität ist ein reines Maß für den Wert im freien oder leeren Raum und wird oft als elektrische Konstante oder absolute oder konstante Dielektrizitätskonstante bezeichnet und hat einen etablierten Wert von 8.854187 x 10-12 Farad pro Meter. Die relative Permittivität hingegen ist die Darstellung der elektrischen Flussdichte in einem Medium, die direkt mit dem Wert in einem Vakuum verglichen wird, in dem die absolute Permittivität uneingeschränkt ist.

Während Werte für die Permittivität oft recht einfach zu berechnen sind, gibt es andere Faktoren in der Natur, die sie ebenfalls beeinflussen und zu einer komplexen Permittivität führen können. Die Erzeugung dieser Eigenschaft tritt nur auf, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, so dass das Ergebnis oft unterschiedliche Phasenunterschiede in einem Medium basierend auf dem Material selbst und der Kreisfrequenz des elektrischen Felds haben kann. Andere Faktoren wie die Temperatur können sich ebenfalls auf die Ergebnisse auswirken, und die komplexe Permittivität von Wasser ist ein Beispiel, bei dem die Temperatur und gelöste gelöste Stoffe wie Salz und andere Mineralien in Meerwasser im Vergleich zu Süßwasser einen erheblichen Einfluss auf die Permittivitätswerte haben können. Änderungen der Permittivität von Meerwasser sind wichtig für das Verständnis der Auswirkungen des Mediums auf die Reflexion von Mikrowellenstrahlung in der globalen Kommunikation und für die Forschung in der Atmosphärenforschung.

In der modernen Elektronik sind Permittivitätsfaktoren bei der Herstellung von Isoliermaterialien wichtig. Dies wird immer wichtiger, da integrierte Schaltungskomponenten immer kleiner werden, bis hin zu einem molekular-atomaren Maßstab. Leckströme über Transistoren und andere Komponenten in mehrschichtigen Schaltungsdesigns können die Schaltung verschlechtern oder ihre vollständige Funktionsfähigkeit beeinträchtigen. Im Gegensatz zu diesem Bedarf an effektiven Dielektrika sind Materialien mit starken Permittivitätswerten in Kondensatoren, Computerspeichern und anderen Anwendungen nützlich, bei denen elektrische Energie effizient übertragen und gespeichert werden muss.