Wat is een diëlektricum en welke eigenschappen hebben diëlektrica?

Diëlektricum is een benaming die kan worden gebruikt voor een materiaal of een stof met dusdanige elektrische eigenschappen dat de polarisatie een overheersende rol heeft ten opzichte van elektrische geleiding en magnetisatie. Materialen en stoffen die onder de verzamelnaam diëlektrica vallen zijn slechte geleiders van elektriciteit. Elektrische geleidbaarheid is een belangrijke eigenschap die interessant is voor de elektrotechniek. Er zijn echter verschillende stoffen en materialen die onder diëlektrica vallen.

Waarom geleiden diëlektrica geen stroom?
De elektronenconfiguratie van een diëlektricum zorgt er voor dat het nagenoeg onmogelijk is om elektrische geleiding te laten plaatsvinden door de stof of het materiaal. Een diëlektricum is daardoor het tegenovergestelde van een goede geleider zoals elektrolytisch koper dat wordt gebruikt voor elektrische bedrading.

Diëlektrica als elektrische isolator
Door de vrijwel uitgesloten geleiding van elektrische stroom door diëlektrica is het materiaal geschikt om als elektrische isolator te gebruiken. Er zijn verschillende soorten diëlektrica die in de techniek worden gebruikt als isolator. In bijvoorbeeld condensatoren gebruikt men lucht als diëlektrica maar kan men ook glas, mica, aluminiumoxide en tantaaloxide gebruiken als elektrische isolator.

Wat is elektrostatische ontlading of ESD?

Elektrostatische ontlading is een ladingsvereffening tussen twee verschillende elektrisch geladen (geïsoleerde) lichamen. In het woord elektrostatische ontlading zit het woord statisch. Daarmee wordt in dit geval bedoelt dat de elektronen niet bewegen en stil liggen. Elektrostatische ladingen kunnen worden opgebouwd in een isolator of isolatiemateriaal. Isolators of isolatoren zijn de enige materialen die elektronen vast kunnen houden. Daarbij kan de kern van het atoom positief of negatief zijn. Dat verschilt per stof. Een statische lading kan zowel positief als negatief zijn. Tussen twee lichamen of materialen met een verschillende elektrische lading kan een elektrostatische ontlading optreden. In de elektronica wordt deze elektrostatische ontlading ook wel aangeduid met de Engelse afkorting ESD. Dit is een afkorting die staat voor electrostatic discharge.

Tijdens de elektrostatische ontlading loopt er een kortdurende elektrische stroom doordat er een elektrisch contact ontstaat tussen twee voorwerpen of doordat er bij voldoende potentiaalverschil tussen de twee voorwerpen door het, in principe niet geleidend medium tussen de lichamen, een doorslag kan ontstaan. Het niet geleidend medium wordt ook wel een diëlektricum genoemd. De lading of elektrische stroom kan bijvoorbeeld overspringen van het lichaam met het hoge potentiaal naar het lage potentiaal maar andersom is ook mogelijk. Er kan een positieve lading worden afgegeven maar ook een negatieve lading. De ladingsvereffening tussen de twee verschillende lichamen kan doormiddel van vonken zichtbaar zijn. Zodra de ladingen door de elektrostatische ontlading onderling zijn vereffend is er geen sprake meer van een potentiaalverschil, het potentiaalverschil is dan verdwenen en de elektrostatische ontlading is voorbij. Het principe van elektrostatische ontlading wordt ook gebruikt bij een condensator en een accu. Deze producten bevatten positief geladen stoffen en negatief geladen stoffen.

Wat is elektrische isolatie?

Elektrische isolatie is een eigenschap van een materiaal. Deze eigenschap is het blokkeren van elektrische stroom door een hoge soortelijke weerstand. De elektrische isolatie is precies het tegenovergesteld van elektrische geleiding. Materialen met een hoge elektrische isolatiewaarde zijn zeer belangrijk voor de veiligheid van elektrische installaties. De isolerende materialen zorgen er voor dat gedeeltes van een installatie niet onder spanning komen te staan zodat deze veilig aangeraakt kunnen worden. Daarnaast zorgt elektrische isolatie er voor dat de lekstroom wordt beperkt.

Hoe wordt elektrische isolatie vastgesteld?
De elektrische isolatie wordt vastgesteld door elektrische spanning aan te brengen over het materiaal dat wordt onderzocht. De elektrische spanning wordt aangebracht door de ene pool aan de ene kant van het materiaal te verbinden met de andere pool aan de andere kant van hetzelfde materiaal. Er stroomt elektrische stroom door het desbetreffende materiaal. De hoeveelheid stroom wordt aan de ene kant ingevoerd en aan de andere kant gemeten. Als er een verwaarloosbare hoeveelheid stroom door het materiaal loopt spreekt men van een elektrische isolator. Deze test wordt weerstandsmeting of impedantiemeting genoemd.

Waarom is elektrische isolatie belangrijk?
Elektrische isolatie is van groot belang om effectief gebruik te maken van elektriciteit. Voor het geleiden of laten stromen van elektriciteit maakt men namelijk niet alleen gebruik van elektrische geleiders. De elektriciteit moet namelijk veilig in de juiste richting worden getransporteerd. Daarom moeten elektriciteitsdraden worden voorzien van isolerend materiaal die er voor zorgt dat het geleidende materiaal dat onder spanning staat niet kan ongewenst kan worden aangeraakt. Elektrische isolatie is echter niet alleen nuttig voor het transport van elektriciteit. Ook voor het verbruiken en opwekken van elektriciteit maakt men gebruik van elektrische isolatie.

Door het aanbrengen van elektrische isolatie kan een installatie veilig of veiliger worden. Daarnaast kan elektrische isolatie er voor zorgen dat elektrische draden niet ongewenst met elkaar in contact komen zodat kortsluiting wordt voorkomen. Verder is elektrische isolatie belangrijk voor het sturen van een elektronenstroom en het beperken van lekstroom.

Waar wordt elektrische isolatie toegepast?
Elektrische isolatie wordt binnen de elektrotechniek op zeer veel verschillende manieren toegepast. Bijna overal waar elektriciteit aanwezig is wordt gebruik gemaakt van materialen die elektriciteit niet of nauwelijks geleiden. Het toepassingsgebied van elektrische isolatoren is daarom erg breed.

Door de jaren heen zijn er steeds meer nieuwe elektrische isolatoren ontwikkelt. De eigenschappen van de isolatoren zijn verschillen. Papier kan worden gebruikt als een isolator maar heeft als nadeel dat het materiaal erg brandbaar is. Keramiek kan ook worden gebruik als isolator maar is erg breekbaar. De ontwikkelingen in kunststoffen zorgen er voor dat er steeds meer nieuwe isolatoren worden ontwikkelt met uitstekende isolerende eigenschappen met betrekking tot elektriciteit. Men dient bij het toepassen van isolatoren goed rekening te houden met de eigenschappen van de materialen. Daarbij komen ook de ESD-eigenschappen aan de orde. ESD is een afkorting die staat voor electrostatic discharge. Dit is de elektrostatische ontlading van in dit geval een isolator.