전기 분극
전기 분극은 절연체나 유전체라고 불리는 원자 또는 분자 내에서 양전하와 음전하가 외부 전기장에 의해 반대 방향으로 약간 이동하는 현상을 말합니다. 이러한 분극은 적용된 전기장에 의해 유전체가 분극되어 주어진 전기장 강도에 대한 커패시터의 표면 전하를 증가시킵니다. 두 판 사이에 전기장이 적용되면 유전체에 일부 반대 전하가 유도되어 적용된 전기장에 반대합니다. 결과적으로 판 사이를 채우는 유전체 내부의 전기장이 감소하여 커패시터가 더 많은 전하를 저장할 수 있게 됩니다.
분극의 종류
분극에는 세 가지 유형이 있습니다:
전자 분극: 외부 전기장이 적용될 때 원자의 전자 구름이 무거운 핵에 대해 이 원자의 크기 내에서 이동합니다.
방향 분극: 분자가 비대칭적인 핵의 왜곡이 가능한 경우, 분자에 내재되어 있거나 유도될 수 있는 분극입니다. 예를 들어 H2O와 같은 극성 분자는 모든 형태가 비대칭이기 때문에 양성자와 음성자가 충돌할 가능성이 거의 없습니다.
이온 분극: 예를 들어 NaCl과 같은 이온 결정에서 양이온과 음이온 사이의 상대적 이동에 의해 발생하는 분극입니다.
유전 상수
유전체에 적용된 전기장에 의해 유전체의 분극이 증가하면 주어진 전기장 강도에 대한 커패시터의 표면 전하가 증가합니다. 유전체 사이에 적용된 전기장은 유전체에 일부 반대 전하를 유도하여 적용된 전기장에 반대합니다. 결과적으로, 유전체(판 사이를 채우는) 내부의 전기장은 감소하여 커패시터가 더 많은 전하를 저장할 수 있게 됩니다.
유전체 또는 절연체의 유전 상수는 전기장에서 전기 에너지를 저장할 수 있는 능력을 측정합니다. 유전 상수는 κ(카파)로 표시되며, 상대 유전율은 εr로 표시됩니다. 유전 상수는 공학에서 표준 기관에 의해 사용이 권장되지 않지만 여전히 사용되고 있습니다. 진공의 유전 상수는 정의상 1입니다. 공기는 대부분 빈 공간이기 때문에 측정된 유전 상수는 1보다 약간 더 큽니다. 심지어 일반 종이조차도 커패시터의 용량을 상당히 증가시킬 수 있고, 스트론튬 티타네이트와 같은 일부 물질은 용량을 두 자릿수 이상 증가시킬 수 있습니다. 유전 상수 κe의 유전체 물질로 완전히 채워진 영역에서는 ε0을 포함하는 모든 정전기 방정식이 κeε0으로 ε0을 대체하여 수정되어야 합니다. 유전 상수가 클수록 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다. 판 사이의 간격이 유전체로 완전히 채워지면 커패시터의 용량은 유전 상수의 배수로 증가합니다. C = εrC0 = κeC0 여기서 C0은 유전체가 없는 판 사이의 용량입니다.
