Miksi eriste ei muuta kondensaattorin sähkökenttää

Sähkökentän voimakkuus= Jännite/ voimaviivojen pituus.
Ilmavälin dielektrisyysvakio = 1 ja eristelevyn huomattavasti suurempi.

Sähkökentän voimakkuus kasvaa, kun tuo ilmavälin osuus pienenee. Toisaalta eristelevyn lisäys kasvattaa kapasitanssia, jolloin levyjen välillä olevan varauksen jännite pienenee pienentäen sähkökentän voimakkuutta. Lopputulema on se, että sähkökentän voimakkuus pysyy samana.

Voi tuon ajatella niinkin, että kondensaattorin levyjen väliin asetetaan kolmas levy puoliväliin. Kummankin muodostuneen sarjaankytketyn kondensaattorin kapasitanssi on kaksinkertainen verrattuna alkuperäiseen kondensaattoriin. Toisen kondensaattorin voi vaikka oikosulkea ilman että se näkyy toisen kondensaattorin sähkökentässä.

Tässä ketjussa kai sivutaan ilmiötä nimeltään kapasitanssi. Käytännön tasolla voi jotenkuten hahmotella kapasitanssin, mutta millainen on negatiivinen kapasitanssi.

http://etn.fi/index.php/13-news/9049-negatiivinen-kapasitanssi-osoitettiin-kokeellisesti

Näitä saa jonkun hetken pähkäillä, hyvä jos sittenkään tajuaa.

@dkffpsalasgasgas ,

Jos ymmärsin kysymyksen oikein, niin voinet ajatella asian seuraavasti:
Ilman eristelevyä kokonais-sähkökenttä on:
E(ilman eristettä) = E(kondensaattorin ulkopuolella) E(kondensaattorin sisällä)

Kun sitten lisätään eristelevy, niin kokonais-sähkökenttä on:
E(eristeen kanssa) = E(kondensaattorin ulkopuolella) E(kondensaattorin sisällä eristeen kanssa)

Kuten huomaat, on molemmissa yhtälöissä yhtäsuuruusmerkin oikealla puolella sama
termi, eli: E(kondensaattorin ulkopuolella), eli ulkopuolinen kenttä on sama molemmissa
tilanteissa. Ehkä tämä oli hieman kömpelö vastaus mutta koska sähkökenttä on additiivinen suure, niin voit aina jakaa sen osa-alueisiin tällä tavalla.

Kun kenttien suuruuksia miettii niin pitää muistaa, että eristelevyn laittaminen levyjen väliin vähentää systeemin varastoitunutta energiamäärää. Levyjen sähkövarauksen Q säilyessä muuttumattomana levyjen välinen jännite U on kääntäen verrannollinen levyjen väliseen kapasitanssiin C nähden. Eli siis

U = Q/C

Systeemin energia W sen sijaan on verrannollinen kapasitanssin ja jännitteen neliön tuloon eli

W = 0.5*C*U^2

Kun tuon edellisen huomioi niin

W = 0.5*(Q^2)/C

missä varaus Q on vakio. Kapasitanssin kasvattaminen työntämällä dielektrinen levy metallilevyjen väliin vähentää systeemin energiamäärää. Kun dielektrisen levyn tuo kondensaattorilevyjen lähelle siihen kohdistuu voima, joka vetää dielektristä levyä paikalleen. Levy tekee mekaanista työtä joka kuluttaa systeemin energiaa.

Ei siis ole mikään ihme, että sähkökentän voimakkuus dielektrisen levyn ulkopuolella ei kasva.

Jos levyjen välillä olisi ulkopuolisen jännitelähteen avulla tuotettu vakiojännite eli U vakio niin silloin kapasitanssin C kasvattaminen lisäisi systeemin energian määrää. Dielektrisen levyn työntäminen paikalleen vaatisi nyt työn tekemistä ja sen ulkopuolella levyjen välissä sähkökenttä voimistuisi.

Eriste nimenomaan muuttaa kondensaattorin sähkökenttää. Siksi sinne levyjen väliin laitetaan se eriste, joka dielektrisyyskertoimen omaavana aineena ( kaikilla aineilla omansa ) pyrkii estämään sähkövarauksen l. elektronien siirtymistä levyltä toiselle täten pyrkien pitämään mahdollisimman pitkän aikaan ( vaan ei loputtomiin ) sähkövarauksen "muuttumattomana".

Kysy vaikka lukiosi fysiikan opettajalta.