Dielektrische Eigenschaften - Versionsgeschichte

Oluschinski am 8. Januar 2026 um 09:59 Uhr

2026-01-08T09:59:43Z

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	<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Dielektrizitätszahl und dielektrischer Verlustfaktor</span>		<span style="font-size:1.2em;font-weight:bold;">Dielektrizitätszahl und dielektrischer Verlustfaktor</span>
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	Gemessen wird die Dielektrizitätszahl eines Werkstoffes in einem Messkondensator, der nach der DIN 53 483 [3] spezifiziert ist. Er besteht aus zwei kreisförmigen Plattenelektroden, wobei die eine Elektrode in eine Ringelektrode, die als Schutzelektrode fungiert, und eine Messelektrode (Durchmesser D<sub>m</sub>) geteilt ist, um das zu messende elektrische Wechselfeld homogen zu halten ('''Bild 1'''). Der Abstand zwischen diesen beiden Elektroden (Schutzspalt g) beträgt meist 0,5 mm. Der [[Prüfkörper]] der Dicke h dient dabei als Dielektrikum.		Gemessen wird die Dielektrizitätszahl eines Werkstoffes in einem Messkondensator, der nach der DIN 53 483 [3] spezifiziert ist. Er besteht aus zwei kreisförmigen Plattenelektroden, wobei die eine Elektrode in eine Ringelektrode, die als Schutzelektrode fungiert, und eine Messelektrode (Durchmesser D<sub>m</sub>) geteilt ist, um das zu messende elektrische Wechselfeld homogen zu halten ('''Bild 1'''). Der Abstand zwischen diesen beiden Elektroden (Schutzspalt g) beträgt meist 0,5 mm. Der [[Prüfkörper]] der Dicke h dient dabei als Dielektrikum.

	[[Datei:Dielektische_Eigenschaften-1.jpg]]		[[Datei:Dielektische_Eigenschaften-1.jpg\|600px]]
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Loeffler-Kamann am 7. Oktober 2024 um 11:40 Uhr

2024-10-07T11:40:08Z

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	Die Eigenschaften des Dielektrikums sind in Gleichung (7) implizit in dem Parallelwiderstand R ausgedrückt. Statt Gleichung (1) kann also auch die Verlustzahl nach Gleichung (7) ermittelt werden, um die Eigenschaften des Dielektrikums zu charakterisieren.		Die Eigenschaften des Dielektrikums sind in Gleichung (7) implizit in dem Parallelwiderstand R ausgedrückt. Statt Gleichung (1) kann also auch die Verlustzahl nach Gleichung (7) ermittelt werden, um die Eigenschaften des Dielektrikums zu charakterisieren.

			==Siehe auch==
			*[[Dielektrischer Verlustfaktor]]
			*[[Durchgangswiderstand]]


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	\|Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (~~2015~~)~~, 3~~. Auflage, S. ~~357–398~~ (ISBN 978-3-446-~~44350~~-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2024) 4. Auflage, S. 343–384 (ISBN 978-3-446-44718-9; E-Book: ISBN 978-3-446-48105-3; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 23)
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	\|[2]		\|[2]

Oluschinski am 28. November 2022 um 07:36 Uhr

2022-11-28T07:36:48Z

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	==Physikalische Grundlagen==		==Physikalische Grundlagen==

	Die meisten technisch genutzten amorphen und teilkristallinen [[Kunststoffe]] sind elektrische Isolatoren, weshalb diese häufig für Kabelummantelungen, Gehäuse oder in Kondensatoren eingesetzt werden. Die elektrischen bzw. dielektrischen Eigenschaften werden dabei maßgeblich durch die chemische Struktur und die verarbeitungsbedingte [[Mikroskopische Struktur\|Morphologie]] sowie eingesetzte Füll- und Verstärkungsstoffe bestimmt. Umgekehrt können Spezifika der Polymerstruktur oder -morphologie durch die Dielektrometrie ermittelt werden, wodurch z. B. die Dynamik des [[Vulkanisation]]sprozesses oder die Aushärtung von Harzen beobachtet werden kann.		Die meisten technisch genutzten amorphen und teilkristallinen [[Kunststoffe]] sind elektrische Isolatoren, weshalb diese häufig für Kabelummantelungen, Gehäuse oder in Kondensatoren eingesetzt werden. Die elektrischen bzw. dielektrischen Eigenschaften werden dabei maßgeblich durch die chemische Struktur und die verarbeitungsbedingte [[Mikroskopische Struktur\|Morphologie]] sowie eingesetzte [[Teilchengefüllte Kunststoffe#Technisch genutzte Füllstoffe\|Füll-]] und [[Faserverstärkte Kunststoffe#Arten von Verstärkungsfasern\|Verstärkungsstoffe]] bestimmt. Umgekehrt können Spezifika der Polymerstruktur oder -morphologie durch die Dielektrometrie ermittelt werden, wodurch z. B. die Dynamik des [[Vulkanisation]]sprozesses oder die Aushärtung von Harzen beobachtet werden kann.

	Die dielektrischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden vor allem durch die [[Kenngröße]]n Dielektrizitätszahl ε<sub>r</sub> (auch als relative Dielektrizitätskonstante oder Permittivität bezeichnet), den [[Dielektrischer Verlustfaktor\|dielektrischen Verlustfaktor]] tan δ und die Suszeptibilität χ sowie die Polarisation dargestellt. Sie geben die Reaktion des Werkstoffes auf das Anlegen und die Durchlässigkeit eines elektrischen Feldes wider. Die elektrische Feldkonstante ε<sub>0</sub> entspricht der dielektrische Funktion ε bei Nutzung eines Vakuums als Dielektrikum und die Permittivität eines Werkstoffes ε<sub>r</sub> entspricht dem Vielfachen der Feldkonstanten, wobei die Kenngröße ε<sub>r</sub> allerdings frequenzabhängig ist (Gl. 1) [1, 2].		Die dielektrischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden vor allem durch die [[Kenngröße]]n Dielektrizitätszahl ε<sub>r</sub> (auch als relative Dielektrizitätskonstante oder Permittivität bezeichnet), den [[Dielektrischer Verlustfaktor\|dielektrischen Verlustfaktor]] tan δ und die Suszeptibilität χ sowie die Polarisation dargestellt. Sie geben die Reaktion des Werkstoffes auf das Anlegen und die Durchlässigkeit eines elektrischen Feldes wider. Die elektrische Feldkonstante ε<sub>0</sub> entspricht der dielektrische Funktion ε bei Nutzung eines Vakuums als Dielektrikum und die Permittivität eines Werkstoffes ε<sub>r</sub> entspricht dem Vielfachen der Feldkonstanten, wobei die Kenngröße ε<sub>r</sub> allerdings frequenzabhängig ist (Gl. 1) [1, 2].
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	\|DIN ~~53 483~~-1 (1969-07): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Begriffe, Allgemeine Angaben		\|DIN 53483-1 (1969-07): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Begriffe, Allgemeine Angaben
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	\|[4]		\|[4]
	\|DIN ~~53 483~~-2 (1970-03): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Prüfung bei den festgelegten Frequenzen 50 Hz, 1 kHz, 1 MHz		\|DIN 53483-2 (1970-03): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Prüfung bei den festgelegten Frequenzen 50 Hz, 1 kHz, 1 MHz
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	[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]		[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]

Oluschinski am 12. August 2019 um 08:45 Uhr

2019-08-12T08:45:51Z

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	\|Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage, S. 357–398 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)		\|Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: [[Grellmann,_Wolfgang\|Grellmann, W.]], [[Seidler,_Sabine\|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage, S. 357–398 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
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{{PSM_Infobox}}
Dielektrizitätszahl und dielektrischer Verlustfaktor
__FORCETOC__
==Physikalische Grundlagen==

Die meisten technisch genutzten amorphen und teilkristallinen [[Kunststoffe]] sind elektrische Isolatoren, weshalb diese häufig für Kabelummantelungen, Gehäuse oder in Kondensatoren eingesetzt werden. Die elektrischen bzw. dielektrischen Eigenschaften werden dabei maßgeblich durch die chemische Struktur und die verarbeitungsbedingte [[Mikroskopische Struktur|Morphologie]] sowie eingesetzte Füll- und Verstärkungsstoffe bestimmt. Umgekehrt können Spezifika der Polymerstruktur oder -morphologie durch die Dielektrometrie ermittelt werden, wodurch z. B. die Dynamik des [[Vulkanisation]]sprozesses oder die Aushärtung von Harzen beobachtet werden kann.

Die dielektrischen Eigenschaften eines Werkstoffes werden vor allem durch die [[Kenngröße]]n Dielektrizitätszahl εr (auch als relative Dielektrizitätskonstante oder Permittivität bezeichnet), den [[Dielektrischer Verlustfaktor|dielektrischen Verlustfaktor]] tan δ und die Suszeptibilität χ sowie die Polarisation dargestellt. Sie geben die Reaktion des Werkstoffes auf das Anlegen und die Durchlässigkeit eines elektrischen Feldes wider. Die elektrische Feldkonstante ε0 entspricht der dielektrische Funktion ε bei Nutzung eines Vakuums als Dielektrikum und die Permittivität eines Werkstoffes εr entspricht dem Vielfachen der Feldkonstanten, wobei die Kenngröße εr allerdings frequenzabhängig ist (Gl. 1) [1, 2].

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\varepsilon = \varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{r}</math>
|width="50px"|(1)
|}

Besonders die Dielektrizitätszahl ist von praktischer Bedeutung. Sie beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffes, elektrische Dipole in Isolatoren auszurichten und ist struktursensitiv sowie stark von der Temperatur abhängig. Deshalb wird sie für die Materialcharakterisierung als [[Werkstoffkennwert|Kennwert]] herangezogen.

==Ermittlung der Dielektrizitätszahl==

Gemessen wird die Dielektrizitätszahl eines Werkstoffes in einem Messkondensator, der nach der DIN 53 483 [3] spezifiziert ist. Er besteht aus zwei kreisförmigen Plattenelektroden, wobei die eine Elektrode in eine Ringelektrode, die als Schutzelektrode fungiert, und eine Messelektrode (Durchmesser Dm) geteilt ist, um das zu messende elektrische Wechselfeld homogen zu halten ('''Bild 1'''). Der Abstand zwischen diesen beiden Elektroden (Schutzspalt g) beträgt meist 0,5 mm. Der [[Prüfkörper]] der Dicke h dient dabei als Dielektrikum.

[[Datei:Dielektische_Eigenschaften-1.jpg]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 1''':
|width="600px"|Schematischer Messaufbau zur Bestimmung der relativen Dielektrizitätszahl εr
|}

Die Dielektrizitätszahl εr wird aus dem Verhältnis der Kapazitäten C des gefüllten (Prüfkörper) und des leeren (Luft) Messkondensators (C0) nach Gl. (2) bestimmt.

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\varepsilon_{r}=\frac{C}{C_{0}}</math>
|width="50px"|(2)
|}

Dabei muss aufgrund von Gl. (3)

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>C_{0}=\frac{\pi}{4}\cdot \varepsilon_{0}\cdot \frac{(D_{m}+g)^{2}}{d}</math>
|width="50px"|(3)
|}

für die Ermittlung der beiden Kapazitäten C und C0 zur Berechnung von εr der identische Abstand h zwischen den Elektroden eingestellt werden.

Die Messungen werden bei den in der Praxis üblichen Frequenzen von 50 Hz, 1 kHz und 1 MHz durchgeführt (DIN 53 483-2) [4]. Die Dielektrizitätszahl εr ist frequenzabhängig und komplex (Gl. 4) und ist definiert als Summe aus dem Realteil und dem Imaginärteil ([[Dielektrischer Verlustfaktor|dielektrische Verlustzahl]]).

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\varepsilon_{r}(\omega)=\varepsilon_{r}^{\prime}+\varepsilon_{r}^{\prime\prime}=Re(\varepsilon_{r})+i\cdot lm(\varepsilon_{r})</math>
|width="50px"|(4)
|}

Für die Ermittlung der dielektrischen Verlustzahl wird das folgende, in '''Bild 2''' dargestellte, Ersatzschaltbild verwendet. Daraus ergibt sich der komplexe Widerstand Z bzw. der Scheinleitwert 1/Z nach der Gl. (5)

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\frac{1}{Z}=\sqrt{\frac{1}{R^{2}}+(\omega\cdot C)^{2}}
</math>
|width="50px"|(5)
|}

[[Datei:Dielektische_Eigenschaften-2.jpg|350px]]
{|
|- valign="top"
|width="50px"|'''Bild 2''':
|width="600px"|Ersatzschaltbild eines realen Kondensators
|}

==Ermittlung des dielektrischen Verlustfaktors==

Der dielektrische Verlustfaktor für die Schaltung in '''Bild 2''' ist nach Gl. (6) definiert.

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\tan\delta=\frac{1}{\omega\cdot R\cdot C}</math>
|width="50px"|(6)
|}

Mit <math>\varepsilon_{r}^{\prime\prime}=\varepsilon_{r}^{\prime}\cdot \tan \delta</math> ist damit die frequenzabhängige dielektrische Verlustzahl nach der Gl. (7) zu berechnen. Die dielektrische Kenngröße tan δ wird als dielektrischer Verlustfaktor bezeichnet.

{|
|- valign="top"
|width="550px"|<math>\varepsilon_{r}^{\prime\prime}(\omega)=\frac{1}{\omega \cdot R \cdot C_{0}}</math>
|width="50px"|(7)
|}

Die Eigenschaften des Dielektrikums sind in Gleichung (7) implizit in dem Parallelwiderstand R ausgedrückt. Statt Gleichung (1) kann also auch die Verlustzahl nach Gleichung (7) ermittelt werden, um die Eigenschaften des Dielektrikums zu charakterisieren.

'''Literaturhinweise'''

{|
|-valign="top"
|[1]
|Schönhals, A.: Elektrische und dielektrische Eigenschaften. In: Grellmann, W., [[Seidler,_Sabine|Seidler, S.]] (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015), 3. Auflage, S. 357–398 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe [[AMK-Büchersammlung]] unter A 18)
|-valign="top"
|[2]
|Lindner, H., Siebke, W., Simon, G., Wuttke, W.: Physik für Ingenieure. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag (2006), 17. Auflage, (ISBN 978-3-446-40609-4)
|-valign="top"
|[3]
|DIN 53 483-1 (1969-07): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Begriffe, Allgemeine Angaben
|-valign="top"
|[4]
|DIN 53 483-2 (1970-03): Prüfung von Isolierstoffen – Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften, Prüfung bei den festgelegten Frequenzen 50 Hz, 1 kHz, 1 MHz
|}

[[Kategorie:Elektrische und dielektrische Prüfung]]

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Oluschinski am 28. November 2022 um 07:36 Uhr

Oluschinski am 12. August 2019 um 08:45 Uhr

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