유전체 알아보기 : 관련 상수, 유전체 손실, 유전체 응용

목차

1. 유전체 : 유전체가 커패시터에 미치는 영향

2. 유전체 관련 상수 : 유전율, 절연강도, 손실 탄젠트

3. 유전체 응용

 

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1. 유전체(Dielectric material)란?

유전체는 전기장 속에서 극성을 지니는 절연체이다.

전압 인가 전

유전체는 기본적으로 절연체이므로

전기전도성이 낮고

따라서, 전하가 통과하지 않는다.

 

전압 인가

하지만 전기에너지가 가해졌을 때,

양극 쪽의 기판에 있는 전자가

음극 쪽의 기판으로 이동하면서

각각의 기판이 +, - 성질을 띄게 되고

 

이에 따라 유전체 내부 원자의

양전하와 음전하가 재배열되면서

극성(유도 쌍극자, 분극 현상)을 지니게 된다.

 

그 결과 유전체의 유전율이 높을수록

더 많은 분극현상이 일어나게 되며

이 분극현상에 의해 발생한 전기력에 의해

+, - 기판의 전위차가 감소하게 된다.

 

이 때, 감소하는 전기차만큼

유전체에 전기에너지로 저장되는데

이를 전기용량이라고 한다.

 

2. 유전체 관련 상수 : 유전율(유전상수), 절연강도, 손실 탄젠트

① 유전율(유전상수)

유전율, 비유전율의 개념 정리

 

유전율은 분극이 얼마나 잘 일어나는가를 나타내는 지표이다.

 

 

충전된 상태의 커패시터에서

전원을 떼고 전구를 달면

음극으로 도전된 기판에서

전자가 반대편 기판으로 이동하면서

전구에 불이 켜진다.

 

이 때, 유전체는

극판 사이의 전자의 흐름을 막는 역할도 하지만,

분극 상태에서 충전 전하를 잡아주는 역할도 한다.

다시 말해서, 분극이 많이 일어날수록

많은 전자가 기판에 충전되는 것이다.

 

정리하면,

유전체에 의해서 전위차는 감소하지만

감소된 전위차만큼 유전체에 전기에너지로 저장되며

아래와 같은 식이 성립한다.

 

② 절연 강도

유전체는 절연체이지만 한없이 높은 전류를

견뎌 낼 수 있는 것은 아니다.

 

일정 이상의 전기적인 힘을 가하게 되면

원자 내의 결합이 끊어지면서(절연 파괴)

전자가 자유전자처럼 움직이게 되고

 

이때, 원자 내의 결합이 끊어지기까지

견딜수 있는 최대 전계 세기를 절연강도, 혹은 절연내력이라고 한다.

 

 

③ 유전 손실(Dielectric Loss)

유전 손실은 유전체 내에서

전자기파가 받는 전력 손실이다.

 

일반적으로 쌍극자 전도에 의한 흡수전류로 인해 발생한다.

 

 

 

3. 유전체 응용

유전체는 에너지 저장 소자(커패시터),

절연성 소자(절연체)로 사용될 뿐만 아니라

 

유전체 손실을 응용하여 전자레인지,

레이더 스텔스 기술 등에 활용된다.

 

또, 강유전체(유전율이 1014 이상)는 

압전효과(힘 센서, 압력 센서, 스피커, 발진기 등),

초전효과(열감지 센서 등) 등을 응용하여

여러 방면에서 사용되고 있다.