Veränderung der relativen Dielektrizitätskonstante

Grundlagen

Nur wenn in der Flüssigkeit freie Ladungsträger vorhanden sind, kann ein elektrischer Wirkstrom fließen. Aber selbst wenn keine freien Ladungsträger zur Verfügung stehen, wird das Fluid auf ein angelegtes elektrisches Feld reagieren. Dies beschreiben die sog. dielektrischen Eigenschaften des Mediums, die auf die Betrachtungen von FARADAY an einem mit Flüssigkeit gefüllten Kondensator zurückgehen.

Orientierungspolarisation und Elektronenpolarisation

Da aufgrund der Elektrodenanordnung am LUBRICON-Sensor ebenfalls ein Kondensator vorhanden ist (dessen Feld durch die Fluideigenschaften beeinflusst wird) und dieser bei fester Frequenz mit konstanter Spannung beaufschlagt wird, gilt folgende Feststellung: Bei gegebener Spannung ist die Ladung eines Kondensators mit einer Flüssigkeit als sog. Dielektrikum stets größer als im Vakuum (Luft). Die Ladung und mithin die Kapazität des Kondensators steigt um den Wert der sog. relativen Dielektrizitätskonstante an und hängt von der Polarisation des Dielektrikums ab. Hierbei sind bei Fluiden stets zwei Effekte überlagert: die Orientierungs- und die Elektronenpolarisation.

Die Orientierungspolarisation tritt auf, wenn in der Flüssigkeit Moleküle vorhanden sind, die aufgrund ihrer Struktur schon von vorneherein permanente Dipole bilden. Das Molekül des destillierten Wassers ist hierfür ein ideales Beispiel. Infolge der Wärmebewegung liegen diese permanenten Dipolmoleküle regellos durcheinander, sodass im feldfreien Zustand nach außen keine Wirkung existiert. Unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes werden sich die Dipole indes im Feld ausrichten.

Die Elektronenpolarisation erklärt sich daraus, dass auch jeder Isolator aus Atomen aufgebaut ist: dem positiv geladenen Atomkern und den negativen Elektronen, die den Kern umkreisen. Im Gegensatz z.B. zu den Metallen besitzen Isolatoren keine freien Elektronen; die Elektronen sind im Wesentlichen an den Kern gebunden. Befindet sich jedoch solch ein Stoff in einem elektrischen Feld, dann werden die positiven und die negativen Ladungsschwerpunkte ein wenig voneinander getrennt.