Elektrostatik - Universität Zürich

⇒ | E ⃗ ′ | = σ + σ p
≡ | E ⃗ a |
= σ
ɛ 0 ɛ ɛɛ 0
In einen Kondensator, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist, muss man also eine um einen
Faktor ɛ höhere Ladung einfüllen, um das gleiche totale elektrische Feld ⃗ E ′ und damit die
gleiche Spannung V zu erzeugen, wie ohne Dielektrikum. Die Kapazität des Kondensators Q/V
hat sich also um den Faktor ɛ erhöht.
Man kann die obige Gleichung auch nach σ p auflösen und erhält
σ p = − ɛ − 1 σ → −σ für ɛ >> 1
ɛ
Für Wasser heben die Polarisationsladungen den Effekt der Ladungen auf den Kondensatorplatten
nahezu auf, denn es gilt σ ≈ −σ p . Das elektrische Feld mit Isolator verschwindet fast
vollständig.
Die Tatsache, dass die Polarisation eines Mediums das innere Feld verkleinert, ist ausserordentlich
wichtig für die Chemie von Lösungen und daher auch für die Biologie. Betrachten wir zwei
entgegengesetzt gleiche Ladungen Q + und Q − , z. B. Ionen, so ist ihre Anziehungskraft in Lösung
(und damit die Wahrscheinlichkeit ihrer Rekombination)
| ⃗ F | = Q − | ⃗ E ′+ | = Q − | ⃗ E + |
ɛ
um den Faktor ɛ kleiner als im Vakuum. Wasser ist aus diesem Grund ein sehr gutes Lösungsmittel.
Da bei der Polarisation eines Isolators z. B. eines Kristalls, Ionen im Gitter verschoben werden,
kann eine Deformation resultieren. Werden speziell Wechselfelder angelegt, so fängt der Kristall
an zu schwingen. Umgekehrt kann er auch polarisiert werden, indem nicht ein elektrisches Feld,
sondern Druck angewandt wird. Die daraus resultierende Deformation bedeutet dann ebenfalls
eine Verschiebung von Ladungen. Kristalle, welche diesen sogenannten piezoelektrischen Effekt
zeigen, sind z. B. Quarz, Turmalin. Da z. B. Quarzplättchen eine scharf definierte mechanische
Eigenfrequenz besitzen, dienen sie in Schwingkreisen zur Frequenzstabilisierung (Quarzuhren).
5.15