유전율에 대한 이해
전자기학에서 유전율이란 다이어렉트릭 또는 절연체의 전기적 극성화 정도를 나타내는 척도입니다. 유전율이 높은 물질(예: 스트론튬 타이타네이트)은 유전율이 낮은 물질보다 적용된 전기장에 대해 더 많이 극성화되어 물질 내에 더 많은 에너지를 저장합니다. 상대 유전율은 εr로 표시되며, 이는 유전상수 κ(카파)와 동일한 양입니다. 진공의 상대 유전율은 정의상 1입니다. 진공의 유전율 ε0은 SI 단위에서 대략 8.85 x 10-12 패럿/미터(F/m)입니다.
절대 및 상대 유전율
유전율은 또한 다이어렉트릭이 전기장에서 전기 에너지를 저장하는 능력을 특성화합니다. 절대 유전율은 종종 상대 유전율 εr, 즉 절대 유전율 ε과 진공 유전율 ε0의 비율로 나타내어집니다. 상대 유전율과 절대 유전율의 주된 차이점은 상대 유전율이 차원이 없는 단위라는 것이고, 절대 유전율은 패럿/미터 단위입니다. 공기는 대부분 빈 공간이기 때문에, 그것의 측정된 상대 유전율은 단위보다 약간 크기만 합니다(κair = 1.0006). 일반적인 종이조차도 커패시터의 용량을 상당히 증가시킬 수 있으며, 스트론튬 타이타네이트와 같은 일부 물질은 용량을 두 자릿수 이상 증가시킬 수 있습니다. 상대 유전율이 클수록 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다.
진공 유전율
진공 유전율(또한 자유 공간의 유전율 또는 전기 상수라고 함) ε0은 전하로 인해 형성되는 전기장의 밀도가 “허용”되는 정도를 측정하는 물리적 상수입니다. 또한 전기장 내에 저장된 에너지와 커패시턴스에 연결됩니다. 더욱 놀랍게도, 이는 광속과 근본적으로 관련이 있습니다.
전기 감수성
전자기학에서, 전기 감수성 χe는 적용된 전기장에 대한 다이어렉트릭 재료의 극성화 정도를 나타내는 무차원 비례 상수입니다. 이는 유도된 다이어렉트릭 극성화 밀도 P가 전기장 E에 비례하는 비례 상수입니다. 다이어렉트릭 재료가 선형 다이어렉트릭인 경우, 비율은 χe = εr – 1로 주어집니다. 전기 감수성이 클수록 재료가 전기장에 반응하여 극성화하는 능력이 커지며, 이는 재료 내부의 총 전기장을 감소시킵니다.
전기 극성화
금속에서와 달리, 다이어렉트릭에서는 모든 전하가 특정 원자와 분자에 결합되어 있습니다. 이러한 전하들은 외부 전기장이 적용될 때 원자나 분자 내에서 이동(극성화됨)할 수 있습니다. 이는 다이어렉트릭 재료의 특성 행동을 설명하는 미시적 변위의 누적 효과로 나타납니다. 외부 전기장이 다이어렉트릭 재료에 적용되면, 이 재료는 극성화되어 쌍극자 모멘트를 획득합니다.
커패시터에서의 다이어렉트릭
다이어렉트릭은 많은 용도로 사용되지만, 가장 중요한 용도는 커패시터입니다. 많은 커패시터에서, 판 사이에는 종이나 플라스틱과 같은 절연 재료가 있습니다. 이러한 재료를 다이어렉트릭이라고 하며, 판 사이의 물리적 분리를 유지하는 데 사용될 수 있습니다. 다이어렉트릭을 사용하면 커패시터의 최대 가능한 전압 차이를 증가시킬 수 있습니다. C = εrC0 = κeC0 여기서 C0은 다이어렉트릭 없이 판 사이의 용량입니다.
