Pewnie nie raz (i nie dwa) zdarzyło Ci się spotkać z wiele mówiącym hasłem „dielektryk”. Może w szkole, albo na studiach? Na przystanku, w autobusie, w metrze? Ostatecznie, w niedzielę o poranku, gdzieś wśród tłumu przechodniów, wracając z piątkowej imprezy… Nie ważne zresztą. Ważne, że od dziś dielektryki nie będą miały przed Tobą tajemnic! Przynajmniej w podstawowym stopniu 🙂

…nie bez powodu na zdjęciu jest las.

Dielektryk niejedno ma imię!

Dielektryk, izolator, materiał o dużej rezystancji? Rezystor? Słaby przewodnik. Materiał o małej, wręcz znikomej konduktancji. Tak można by było w skrócie, hasłowo opisać czym jest dielektryk.

Pamiętaj, że: dielektryk ≠ rezystor! Jednakże element elektroniczny, jakim jest właśnie rezystor, do szerokiej grupy dielektryków zaliczyć można. Nie na odwrót – nie można postawić między nimi znaku równości, bo rezystor to element elektroniczny, natomiast dielektryk…

Dielektryk – czym właściwie jest?

Najkrótsza książkowa definicja brzmi mniej więcej tak:

dielektryk to materiał, który bardzo słabo przewodzi prąd elektryczny

Zauważ, że nie jest to materiał, który w ogóle nie przewodzi prądu. Dielektryk przewodzi prąd, ale bardzo słabo. Może być zatem tak, że materiał, który w większości przypadków nie ma szans na przewodzenie prądu, w pewnych warunkach nas zaskoczy. W jakich? Mówi Ci coś prawo Ohma? No i rezystancja?

Dla przypomnienia: $\rm{U=I \cdot R}$

U – napięcie elektryczne wyrażone w woltach
I – natężenie prądu elektrycznego wyrażone w amperach
R – rezystancja wyrażona w omach

No właśnie 🙂

Dielektryki, izolatory elektryczne, często mają rezystancję liczoną w miliardach omów (gigaomach —> GΩ). Jeśli dołożyć do tego różne wartości prądów i napięć, można dojść do ciekawych wniosków. Weźmiemy sobie pięć przypadków – teoretycznych. W każdym przypadku rezystancja będzie liczona w gigaomach, natomiast różne będą wartości prądów i napięć. Dodatkowo – raz będziemy znali wartość napięcia, raz prądu. Tę drugą, nieznaną, wyliczymy właśnie z prawa Ohma.

I przypadek

U = 100 mV
I = ?
R = 10 GΩ

Rozwiązanie:

$\rm{U = I \cdot R}$

$\rm{I = \frac{U}{R}}$

$\rm{I = \frac{100 mV}{10 GΩ}}$

Jaki jest wynik dzielenia? Zaledwie 0.01 nA (nanoamperów), czyli 10 pA (pikoamperów). Warto dodać, że jeden nanoamper to zaledwie jedna miliardowa część ampera (!). Bardzo mało, prawda? Żeby zmierzyć tak mały prąd trzeba dosyć dobrego amperomierza.

II przypadek

U = 50 V
I = ?
R = 25 GΩ

Rozwiązanie:

$\rm{U = I \cdot R}$

$\rm{I = \frac{U}{R}}$

$\rm{I = \frac{50 V}{25 GΩ}}$

Ileż to wychodzi? Ledwież (słyszał kto takie słowo w ogóle?) dwa nanoampery. Trochę więcej, niż we wcześniejszym przypadku, ale wciąż niewiele. Prąd przewodzenia taniej diody LED może wynosić ok. 20 miliamperów. To wielokrotnie więcej – jakieś dziesięć milionów razy.

III przypadek

U = ?
I = 200 mA
R = 5 GΩ

Rozwiązanie:

$\rm{U = I \cdot R}$

$\rm{U = 200mA \cdot 5GΩ}$

Dokładnie 1000 MV, czyli tysiąc megawoltów. Ewentualnie, jak kto woli, okrągły gigawolt. Miliard woltów. Poczciwy zasilacz laboratoryjny, który stoi u mnie na biurku (w tej chwili to w sumie na stole) jest w stanie wydusić z siebie calutkie 30V, przy dobrych wiatrach. Potrzebowałbyś sporą ilość takich zasilaczy… Problem w tym, że musiałbyś je do czegoś podłączyć, a w gniazdku masz ledwie napięcie przemienne o wartości skutecznej ok. 230 V. Szału nie ma.

To może weźmiemy akumulatory samochodowe? Te dwunastowoltowe! Świetny pomysł! Jest moc! To policzmy.

Jeden akumulator daje 12 V. My chcemy mieć 1 GV, czyli 1 000 000 000 V. Potrzebujemy jakieś 83 333 333 takich akumulatorów 🙂 Weźmy od razu 90 milionów, bo przecież niektóre mogą się uszkodzić w transporcie, albo coś. Teraz porównajmy 90 milionów z liczbą samochodów, jakie poruszają się po polskich drogach.

No.

IV przypadek

U = ?
I = 10 A
R = 50 GΩ

Rozwiązanie:

$\rm{U = I \cdot R}$

$\rm{U =10A \cdot 50GΩ}$

Jedyne 500 GV. Resztę tej jakże ciekawej historii czytelniku dopiszesz sobie już sam.

V przypadek

U = 20 kV
I = ?
R = 500 GΩ

Rozwiązanie

$\rm{U = I \cdot R}$

$\rm{I = \frac{U}{R}}$

$\rm{I = \frac{20 kV}{500 GΩ}}$

Jaki to nam prund wyszedł? Zacny! Tego się trzymajmy. Całe 0.04 μA, czyli równiutkie 40 nA. Bardzo, bardzo, bardzo mało.

Huh! To teraz czas na jakieś wnioski. Pewnie nasuwają Ci się same? 😉

Krótko mówiąc przy bardzo dużych rezystancjach mogą płynąć niesamowicie małe prądy. Żeby te prądy przepłynęły musimy dysponować źródłami bardzo wysokiego napięcia. W praktyce – ciężko to zrealizować. Nie próbuj tego w domu!

Dodatkowo istotne jest tutaj…

Napięcie przebicia

Nie jestem elektrykiem. Wiem jednak, że przy odpowiednio dużym napięciu może dojść do trwałego uszkodzenia izolacji elektrycznej. Może wywołać pożar, albo porażenie elektryczne (przez dotyk). Dlatego tak ważne jest dobre wykonanie instalacji elektrycznej (a trochę przydatnych informacji na temat instalacji elektrycznych i elektryki w ogóle znajdziesz tutaj).

Taka mała dygresja.

Dielektryk – w przyrodzie i nie tylko

Dielektrykiem jest nie tylko rezystor w Twoim audiofilskim wzmacniaczu audio czy też gumowa izolacja kabla zasilającego Gwiazdę Śmierci, którą ukrywasz w swojej piwnicy. Kilka przykładów:

  • gazy szlachetne
  • olej transformatorowy
  • parafina
  • asfalt
  • papier
  • suche drewno
  • kalafonia
  • ebonit
  • teflon
  • bakelit
  • szkło
  • porcelana

…i wiele, wiele innych.

Słów kilka na koniec…

No dobra. Niby już koniec, ale głupio jakoś tak kończyć bez paru słów… Podobało się chociaż? Jakieś pytania masz? Wal śmiało, po to są komentarze, a jeśli masz problem z obsługą platformy DISQUS, z której dobrodziejstw korzystam, to napisz mi maila. Pomogę Ci.

Nie zapominaj o tym, że mam fanpage na Facebooku. Możesz dać lajka, wiesz nie namawiam, ale… Będzie mi miło. O tu właśnie jest: elektroniczny.eu na Facebooku

No to cześć!

 

 

Zdjęcie: https://unsplash.com/madebyvadim