誘電率 | 絶対、相対、真空 | 定義と値

誘電率について

電磁気学において、誘電率(または絶対誘電率とも呼ばれる)は、誘電体または絶縁体の電気分極能を示す尺度です。ストロンチウムチタン酸塩のように誘電率が高い材料は、低誘電率の材料よりも適用された電場に対してより多く分極し、その結果、材料内により多くのエネルギーを蓄積します。相対誘電率はεrで示され、誘電率定数κ(カッパ)と同じ量です。真空の相対誘電率は定義上1です。真空誘電率ε0は、SI単位で約8.85 x 10-12ファラド毎メートル(F/m)です。

絶対誘電率と相対誘電率

誘電率は、電場内での電気エネルギーの蓄積能力を特徴づけるものでもあります。絶対誘電率は、絶対誘電率εと真空誘電率ε0の比として表される無次元の相対誘電率εrによってしばしば表現されます。相対誘電率と絶対誘電率の主な違いは、相対誘電率が無次元単位であるのに対し、絶対誘電率の単位がファラド毎メートルであることです。相対誘電率εrは、誘電率定数κとしても知られていますが、工学の標準化団体によって非推奨とされています。空気はほとんどが空間であるため、その測定された相対誘電率はほんのわずかに1を超えます(κair = 1.0006)。

真空の誘電率

真空の誘電率(または自由空間の誘電率、電気定数とも呼ばれる)ε0は、電荷によって形成される電場の密度が「許容」される程度を測る物理定数です。これは電場内に蓄積されるエネルギーや容量とも関連しています。もっと驚くべきことに、これは光の速度と基本的に関連しています。

電気感受率

電磁気学における電気感受率χeは、適用された電場に対する誘電体材料の分極度を示す無次元の比例定数です。これは、電場Eに対する誘起された誘電分極密度Pの比例定数として定義されます。電気感受率は、その相対誘電率εr、または誘電率定数と関連しています。

電気分極

誘電体では、金属とは異なり、すべての電荷は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または分子内で移動(分極)することができます。電気分極は、誘電体、または絶縁体の原子または分子内で、正と負の電荷が外部電場によって逆方向にわずかにシフトする現象です。

コンデンサ内の誘電体

誘電体は多くの用途がありますが、最も重要な用途はコンデンサ内です。多くのコンデンサでは、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、プレートの物理的分離を維持するために使用されます。誘電体を使用することで、コンデンサのプレート間の最大可能な電位差を増加させることができます。誘電体の分極により、与えられた電場強度に対するコンデンサの表面電荷が増加します。

Permittivity

 

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