誘電体について
誘電体は、高い誘電率を持つ電気絶縁体であり、これは高い分極性を意味します。誘電体は多くの用途がありますが、最も重要な使用例はコンデンサー内です。多くのコンデンサーでは、プレートの間に紙やプラスチックなどの絶縁材料があります。このような材料を誘電体と呼び、プレートの物理的な分離を維持するために使用されます。コンデンサーのプレート間に固体誘電体を配置することには、以下の3つの機能があります。
機械的分離
電気的絶縁 – より高い電圧が可能
電場の減少 – より高い容量
誘電体の電気的性質
誘電体材料は、電場中に置かれると、電気伝導体のように材料を通して電荷が流れることはありませんが、代わりに平均平衡位置からわずかにシフトし、誘電分極を引き起こします。誘電体材料は固体、液体、または気体であり、その電気的性質は、化学組成、温度、電場の周波数などの要因に依存します。一般的な固体誘電体材料には、セラミックス、ガラス、プラスチック、特定のタイプの結晶(例:クォーツ)が含まれます。誘電体材料の電気的性質は、電場における電気エネルギーを貯蔵する能力の尺度である誘電率によって特徴づけられます。
電気分極
誘電体では、金属とは異なり、すべての電荷が特定の原子や分子に付着しています。これらの電荷は、外部電場の適用によって原子や分子内で変位(分極)することができます。電気分極は、絶縁体または誘電体の原子または分子内の正および負の電荷の微小な相対的シフトであり、外部電場によって誘導されます。これらの微細な変位の累積効果が、誘電体材料の特性行動を説明します。
誘電体の種類
誘電体材料は、正および負の電荷の重心の分離に応じて、極性または非極性誘電体材料として分類されます。極性誘電体は、正電荷の重心が負電荷のそれから有限に分離されている誘電体のタイプで、これにより一定の双極子モーメントを持つ電気双極子が生じます。非極性誘電体は、非極性分子の正および負の電荷の中心が一致しない、つまりゼロの誘電体です。
誘電体の応用
誘電体は多くの応用がありますが、コンデンサーでの使用が最も重要です。誘電体材料は、コンデンサーの構築において、導電性プレート間の電気絶縁を提供し、コンデンサーの容量を増加させるために使用されます。また、高電圧電力伝送、光学材料、医療用途、エネルギー貯蔵など、多くの電気的、光学的、医療的応用があります。
誘電率と誘電強度
誘電率は、誘電体または絶縁体が電場において電気エネルギーを貯蔵する能力を測定するもので、κ(カッパ)によって示されます。誘電強度