유전율, 비유전율의 개념 정리

목차

0. 참고하면 좋은 내용

1. 유전율(Permittivity)의 의미

2. 비유전율(Relative Permittivity)의 의미

 

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0. 참고하면 좋은 내용

유전체 알아보기 : 관련 상수, 유전체 손실, 유전체 응용

 

1. 유전율(Permittivity)의 의미

유전율은 어떤 물질이 전기장 속에서

분극이 얼마나 잘 일어나는가를 나타내는 지표이다.

 

그림과 같은 회로가 있다고 하자.

극판으로 +, - 전류가 흘러들어가고 있으며,

이때, 극판 사이로 전기장 E 가 생성된다.

 

그렇다면, 이때 극판 사이에 있는 원자들은

어떻게 될까?

극판 사이의 원자들은

전기장으로 인해 그 형태가 찌그러진다.

외부의 힘을 상쇄시키기 위해

원자의 형태가 변하는 것이다.

 

이렇게 전기적 성질에 따라 극 영역이 구분된 상태를

분극(Polarization) 상태 혹은, 쌍극자(Dipole)라고 표현하며

이 경우는 외부 전기장으로 인해 만들어진 쌍극자이므로

유도 쌍극자(Induced Dipole)이라고 표현한다.

 

다시 정리하면,

유전율은 물질의 분극이 얼마나 잘되는지를 나타내는 지표이며

 

외부의 힘을 상쇄시키는 힘이므로,

외부의 전기장을 감소시키는 능력이다.

 

커패시턴스는 유전율에 의해 결정되므로,

커패시터에 유전율이 높은 물질을 사용하면

 

① 더 많은 전하를 저장할 수 있고,

② 동일 주파수에서 전자회로를 더 작게 만들수 있으며,

③ 유전체 내에서 전자기파가 갖는 전력 손실을 줄일 수 있다.

 

관련해서 유전체 글에서 좀 더 자세히 다루었다.

 

유전율은 

유전율은 그리스문자 ε(입실론)으로 표현한다.

 

유전율은 물질 자체의 특성 뿐만 아니라

외부의 환경에도 의존적이다.

 

주파수가 높을수록 그 값이 작아지는 경향이 있으며,

온도, 습도 등에 의해서 그 값이 변한다.

따라서, 일반적으로 유전율은 상수값이 아니라

복소수로 표현된다.

 

 

2. 비유전율(유전 상수)의 의미

유전율은 진공에서의 유전율(Vacuum Permittivity)과

비유전율(Relative Prermittivity)의 곱으로 나타내어진다.

 

즉, 비유전율은 어떤 물체가

진공과 비교에서 분극이 얼마나 더 잘 일어나는지

그 비율을 나타내는 값이며

따라서, 단위는 따로 존재하지 않고 그 값은 항상 1 이상이다.

 

참고로,

진공에서의 유전율은 입실론제로이며,

그 크기는 8.855피코패럿/미터이다.

 

비유전율은 빛의 속도와

진공에서의 투자율(permeability)로도 표현이 가능한데

빛의 속도가 진공에서의 유전율와 투자율로 나타내어지는 것을

생각하면 당연한 결과이긴 한다.

 

현재 신소재 공학에서의 가장 큰 과제중의 하나는

비유전율이 큰 물질을 찾는 것이며,

 

비유전율이 큰 물체를

에너지 저장 소자(전하 저장↑),

또는 절연체(전기 전도성↓)에 사용할 수 있다.

 

 

비유전율의 수치는 아래와 같다.

참고로, 강유전체는

특정 온도, 압력이 주어졌을 때,

외부의 전기장이 없어도

스스로 분극(Spontaneous Polarization)을

나타내는 물질이며

 

강유전체를 이용한 현상으로 압전효과, 초전효과 등이 있다.