A kondenzátor dielektromos anyagok és módszerek működési alapelvei az energiatárolás sűrűségének javítására

Kondenzátorok , mint az elektronikus áramkörök alapvető alkotóelemei, a teljesítmény nagymértékben meghatározza dielektromos anyagok jellemzőit. A dielektromos anyagok külső elektromos mezőben történő polarizációs jelensége képezi a kondenzátorok energiatárolásának fizikai alapját.

Dielektrikumok polarizációs mechanizmusai
A dielektromos anyagok nem poláris és poláris típusokba sorolhatók. A nem poláris dielektrikumok elsősorban indukált dipóli pillanatok Egy külső elektromos mező alatt, amely az elektronfelhők elasztikus elmozdulásaként nyilvánul meg. A poláris dielektrikumok az elektronfelhő -elmozdulás mellett rendelkeznek állésó dipól pillanatok amelyek igazodnak a külső elektromos mező irányához. A típustól függetlenül az összes dielektrikum kialakul az indukált dipólmomentumok az elektromos mező mentén, és felületükön kötött töltéseket mutatnak, ha külső elektromos mezőnek vannak kitéve. Ezek a kötött töltések nem mozoghatnak szabadon, és a szomszédos elektródákkal ellentétes polaritásuk van.

A polarizációs intenzitás mennyiségi leírása
A polarizációs intenzitás (P) egy kulcsfontosságú paraméter, amely leírja a dielektromos polarizáció mértékét, amelyet az elektromos dipól momentumok vektor összegeként határoznak meg egységnyi térfogatonként. Az elektromos dipólgombot (μ) a töltési mennyiség (Q) és a pozitív és negatív töltések (L) közötti távolság határozza meg. Az izotropikus lineáris dielektrikumokban a polarizációs intenzitás közvetlenül arányos az alkalmazott elektromos mezővel (E), p = ε₀ (εᵣ-1) E-ben fejezve ki, ahol ε₀ a vákuum-engedélyezési képesség (8,85 × 10⁻¹² f/m) és εᵣ az anyag relatív engedélyessége. Ez a kapcsolat feltárja az anyag polarizációs képessége és dielektromos állandója közötti közvetlen kapcsolatot.

Energiatároló sűrűség és javítási módszerek
A kondenzátor energiatároló sűrűségét (ΔV) ½ε₀εᵣe² képlettel lehet kifejezni, ahol E a munkaterület szilárdsága. Az energiatárolás sűrűségének javítása érdekében két fő megközelítés létezik: A munkaterület erősségének növelése and A dielektromos állandó javítása - A munkaerő -szilárdság javulása a dielektromos anyag bontási mezőjellemzőitől függ, míg a dielektromos állandó növelése az anyagösszetétel és a mikroszerkezet optimalizálásával érhető el. Az olyan alapvető kondenzátor paraméterek, mint a kapacitás (c = ε₀εᵣs/d) és az energiatároló kapacitás (W = ½cu²) szintén szorosan kapcsolódnak a dielektromos anyagok ezen tulajdonságaihoz.
A dielektromos anyagok polarizációs mechanizmusainak és kvantitatív kapcsolatának mély megértésével elméleti útmutatást lehet nyújtani a nagy teljesítményű kondenzátorok fejlesztésére, hogy megfeleljenek a modern elektronikus eszközök nagy energiájú sűrűségű kondenzátorainak igényének.