전하는 쿨롱의 법칙에 의해 결정된 바와 같이 서로 다른 강도를 가진 서로 다른 매체에서 서로 상호 작용합니다. 이러한 매체의 특성은 유전율이라고 하는 양에 의해 결정됩니다.
유전율이란?
에 따르면 쿨롱의 법칙두 개의 점 같은 고정 전하 q1 그리고 q2 진공에서 공식 F에 의해 주어진 힘과 상호 작용클= ((1/4)*π* ε)*(|q1|*|q2|/r2), 어디:
- 에프클 - 쿨롱 힘, N;
- 큐1, q2 - 요금 모듈, kl;
- r은 전하 사이의 거리, m입니다.
- ε0 - 전기 상수, 8.85*10-12 F/m(미터당 패럿).
상호 작용이 진공 상태에서 발생하지 않으면 공식에는 쿨롱 힘에 대한 물질의 영향을 결정하는 다른 양이 포함되며 쿨롱 법칙의 표기법은 다음과 같습니다.
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
이 양은 그리스 문자 ε(엡실론)으로 표시되며 무차원(측정 단위 없음)입니다. 유전 유전율은 물질의 전하 상호 작용의 감쇠 계수입니다.
종종 물리학에서 유전율은 전기 상수와 함께 사용되며, 이 경우 절대 유전율의 개념을 도입하는 것이 편리합니다. 이것은 ε으로 표시됩니다.ㅏ 는 ε과 같습니다.ㅏ= ε* ε. 이 경우 절대 투자율의 치수는 F/m입니다. 일반 투자율 ε은 ε과 구별하기 위해 상대라고도 합니다.ㅏ.
유전율의 성질
유전율의 성질은 전기장의 작용하에 분극 현상에 기초합니다. 대부분의 물질은 전하를 띤 입자를 포함하고 있지만 일반적으로 전기적으로 중성입니다. 이 입자들은 물질 덩어리로 무질서하게 배열되어 있으며 평균적으로 그들의 전기장은 서로를 중화시킵니다.
유전체는 대부분 결합된 전하(쌍극자라고 함)를 포함합니다. 이러한 쌍극자는 일반적으로 유전체의 두께를 따라 자발적으로 배향되고 평균적으로 0의 전기장 강도를 생성하는 두 개의 서로 다른 입자의 묶음을 나타냅니다. 외부 필드의 작용으로 쌍극자는 적용된 힘에 따라 방향을 지정하는 경향이 있습니다. 결과적으로 추가 전기장이 생성됩니다. 비극성 유전체에서도 유사한 현상이 발생합니다.
도체에서 프로세스는 유사하며 외부 필드의 작용에 따라 분리되고 자체 전기장을 생성하는 자유 전하만 있습니다. 이 필드는 외부 필드로 향하여 전하를 보호하고 상호 작용의 힘을 줄입니다. 물질의 편광 능력이 클수록 ε이 높아집니다.
다른 물질의 유전율
물질마다 유전율이 다릅니다. 이들 중 일부에 대한 ε 값은 표 1에 나와 있습니다. 분명히 이러한 값은 1보다 크므로 진공과 비교하여 전하의 상호 작용은 항상 감소합니다.또한 공기의 경우 ε은 1보다 약간 크므로 공기 중 전하의 상호 작용은 실제로 진공에서의 상호 작용과 다르지 않습니다.
표 1. 다양한 물질의 전기 투자율 값.
| 물질 | 유전율 |
|---|---|
| 베이클라이트 | 4,5 |
| 종이 | 2,0..3,5 |
| 물 | 81(+20°C에서) |
| 공기 | 1,0002 |
| 게르마늄 | 16 |
| 헤티낙스 | 5..6 |
| 목재 | 2,7...7,5(다양한 등급) |
| 세라믹스 라디오 테크니컬 | 10..200 |
| 운모 | 5,7..11,5 |
| 유리 | 7 |
| 텍스타일라이트 | 7,5 |
| 폴리스티렌 | 2,5 |
| 폴리클로로비닐 | 3 |
| 불소수지 | 2,1 |
| 호박색 | 2,7 |
커패시터 유전 상수 및 커패시턴스
예를 들어 전기 커패시터 설계에서 실제로 ε 값을 아는 것이 중요합니다. 그들의 정전 용량 쉘의 치수, 쉘 사이의 거리 및 유전체의 유전 상수에 따라 다릅니다.
만들고 싶다면 커패시터 전극의 커패시턴스가 높으면 커버 면적을 늘리면 크기가 커집니다. 전극 사이의 거리를 줄이는 데에도 실질적인 한계가 있습니다. 이 경우 유전 상수가 증가한 절연체를 사용하면 도움이 될 수 있습니다. ε이 더 큰 재료를 사용하면 전극의 크기를 여러 번 줄일 수 있고 전극 사이의 거리를 손실 없이 늘릴 수 있습니다. 전기 용량.
물질의 별도 범주를 세그먼트전기라고 하며, 특정 조건에서 자발적 분극이 발생합니다. 고려 중인 분야에서 두 가지 특징이 있습니다.
- 유전율의 큰 값(특성 값 - 수백에서 수천까지);
- 외부 전기장을 변경하여 유전율 값을 제어하는 기능.
이러한 특성은 질량과 치수가 작은 고용량(절연체의 유전율 증가로 인해) 커패시터를 제조하는 데 사용됩니다.
이러한 장치는 저주파 AC 회로에서만 작동합니다. 주파수가 증가함에 따라 유전 상수가 감소합니다. 강유전체의 또 다른 응용 프로그램은 다양한 매개 변수로 적용된 전기장의 영향으로 특성이 변하는 가변 커패시터입니다.
유전율 및 유전 손실
유전 손실, 즉 유전체에서 열로 손실되는 에너지 부분도 유전 상수에 따라 달라집니다. 유전 손실 각도의 탄젠트인 매개변수 tg δ는 일반적으로 이러한 손실을 설명하는 데 사용됩니다. 유전체가 tg δ를 갖는 재료로 만들어진 커패시터의 유전 손실 전력을 특성화합니다. 그리고 각 물질에 대한 특정 손실력은 공식 p=E로 정의됩니다.2*ώ*ε*ε*tg δ, 여기서:
- p - 손실의 특정 전력, W;
- ώ=2*π*f - 전기장의 원형 주파수;
- E - 전기장 강도, V/m.
분명히, 유전율이 높을수록 유전체의 손실이 더 커지고 다른 모든 조건은 동일합니다.
외부 요인에 대한 유전율의 의존성
유전율의 값은 전기장의 주파수(이 경우 표면에 가해지는 전압의 주파수)에 따라 달라집니다. 빈도가 증가함에 따라 많은 물질에서 ε 값이 감소합니다. 이 효과는 극성 유전체에서 두드러집니다. 이 현상은 전하(쌍극자)가 더 이상 자기장을 따라갈 시간이 없다는 사실로 설명할 수 있습니다. 이온 또는 전자 분극을 특징으로 하는 물질의 경우 주파수에 대한 유전율의 의존성은 작습니다.
이것이 커패시터 유전체를 만들기 위한 재료 선택이 중요한 이유입니다. 저주파에서 작동하는 것이 고주파에서 반드시 고품질 절연을 생성하지는 않습니다. 종종 비극성 유전체는 고주파에서 절연체로 사용됩니다.
또한 유전율은 온도에 따라 달라지며 물질마다 다릅니다. 비극성 유전체에서는 온도가 증가함에 따라 떨어집니다. 이 경우 이러한 절연체로 만든 커패시터의 경우 음의 커패시턴스 온도 계수(TKE) - 커패시턴스 ε 다음에 온도가 증가함에 따라 떨어집니다. 다른 물질은 온도가 증가함에 따라 더 높은 투자율을 가지며 양의 TKE를 갖는 커패시터를 얻을 수 있습니다. 커패시터를 반대 TKE와 페어링하여 열안정 커패시턴스를 얻을 수 있습니다.
다양한 물질의 유전 상수에 대한 본질과 지식을 이해하는 것은 실용적인 목적을 위해 중요합니다. 그리고 유전율 수준을 제어하는 기능은 추가적인 기술적 관점을 제공합니다.
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