전하는 쿨롱의 법칙에 의해 결정되는 서로 다른 힘으로 서로 다른 매체에서 서로 상호 작용합니다. 이러한 매체의 특성은 유전율이라고 하는 양에 의해 결정됩니다.
유전 상수 란 무엇입니까
에 따르면 쿨롱의 법칙, 두 개의 고정 소수점 요금 q1 그리고 q2 진공에서 공식 F에 의해 주어진 힘으로 서로 상호 작용수업=((1/4)*π*ε)*(|q1|*|q2|/r2), 어디:
- 에프수업 쿨롱 힘, N입니다.
- 큐1, q2 충전 모듈, C;
- 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 법칙은 다음과 같이 작성됩니다.
F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q1|*|q2|/r2).
이 값은 그리스 문자 ε(엡실론)으로 표시되며 무차원(측정 단위 없음)입니다. 유전율은 물질의 전하 상호 작용의 감쇠 계수입니다.
종종 물리학에서 유전율은 전기 상수와 함께 사용되며, 이 경우 절대 유전율의 개념을 도입하는 것이 편리합니다. ε으로 표시됩니다.ㅏ 는 ε과 같습니다.ㅏ= ε*이자형. 이 경우 절대 투자율은 F/m 치수입니다. 일반 투자율 ε은 ε과 구별하기 위해 상대라고도 합니다.ㅏ.
유전율의 성질
유전율의 특성은 전기장의 작용하에 분극 현상을 기반으로 합니다. 대부분의 물질은 전하를 띤 입자를 포함하고 있지만 일반적으로 전기적으로 중성입니다. 이 입자는 물질 덩어리에 무작위로 위치하며 평균적으로 전기장은 서로를 중화합니다.
유전체에는 주로 결합 전하(쌍극자라고 함)가 있습니다. 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 작용으로 분리되고 자체 전기장을 생성하는 자유 전하만 있습니다. 이 필드는 외부 필드로 향하고 전하를 차단하고 상호 작용의 강도를 줄입니다.물질의 극성화 능력이 클수록 ε이 높아집니다.
다양한 물질의 유전율
물질마다 유전 상수가 다릅니다. 그들 중 일부에 대한 ε의 값은 표 1에 나와 있습니다. 이러한 값은 1보다 크므로 진공과 비교하여 전하의 상호 작용이 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 | 유전 상수 |
|---|---|
| 베이클라이트 | 4,5 |
| 종이 | 2,0..3,5 |
| 물 | 81(+20°C에서) |
| 공기 | 1,0002 |
| 게르마늄 | 16 |
| 게티낙스 | 5..6 |
| 목재 | 2.7..7.5(다양한 등급) |
| 라디오 엔지니어링 세라믹 | 10..200 |
| 운모 | 5,7..11,5 |
| 유리 | 7 |
| 텍스타일라이트 | 7,5 |
| 폴리스티렌 | 2,5 |
| PVC | 3 |
| 형광체 | 2,1 |
| 호박색 | 2,7 |
커패시터의 유전 상수 및 커패시턴스
예를 들어 전기 커패시터를 생성할 때 ε 값을 아는 것은 실제로 중요합니다. 그들을 용량 판의 기하학적 치수, 판 사이의 거리 및 유전체의 유전율에 따라 다릅니다.
당신이 얻을 필요가 있다면 콘덴서 용량이 증가하면 판 면적이 증가하면 치수가 증가합니다. 전극 사이의 거리를 줄이는 데에도 실질적인 한계가 있습니다. 이 경우 유전 상수가 증가한 절연체를 사용하면 도움이 될 수 있습니다. ε이 더 높은 재료를 사용하면 손실없이 플레이트의 크기를 줄이거나 플레이트 사이의 거리를 늘릴 수 있습니다. 전기 용량.
강유전체라고 불리는 물질은 특정 조건에서 자발적인 분극이 발생하는 별도의 범주로 구분됩니다.고려중인 영역에서 두 가지 점이 특징입니다.
- 유전 유전율의 큰 값 (일반적인 값 - 수백에서 수천);
- 외부 전기장을 변경하여 유전 상수 값을 제어하는 기능.
이러한 특성은 중량 및 크기 표시기가 작은 고용량 커패시터(절연체의 유전 상수 값 증가로 인해) 제조에 사용됩니다.
이러한 장치는 저주파 교류 회로에서만 작동합니다. 주파수가 증가하면 유전 상수가 감소합니다. 강유전체의 또 다른 응용은 다양한 매개변수를 사용하여 적용된 전기장의 영향으로 특성이 변하는 가변 커패시터입니다.
유전 상수 및 유전 손실
또한 유전체의 손실은 유전 상수의 값에 따라 달라집니다. 이것은 유전체를 가열하기 위해 유전체에서 손실되는 에너지의 일부입니다. 이러한 손실을 설명하기 위해 일반적으로 유전 손실 각도의 탄젠트인 tan δ 매개변수가 사용됩니다. 유전체가 사용 가능한 tg δ를 가진 재료로 만들어진 커패시터의 유전 손실 전력을 특성화합니다. 그리고 각 물질에 대한 비전력 손실은 공식 p=E에 의해 결정됩니다.2*ώ*ε*ε*tg δ, 여기서:
- p는 특정 전력 손실, W입니다.
- ώ=2*π*f는 전기장의 원형 주파수입니다.
- E는 전기장 강도, V/m입니다.
분명히, 유전 상수가 높을수록 유전체의 손실이 높아지며 다른 모든 것은 동일합니다.
외부 요인에 대한 유전율의 의존성
유전율 값은 전기장의 주파수(이 경우 플레이트에 가해지는 전압의 주파수)에 따라 달라집니다. 빈도가 증가함에 따라 많은 물질에 대해 ε 값이 감소합니다. 이 효과는 극성 유전체에서 두드러집니다. 이 현상은 전하(쌍극자)가 자기장을 따라갈 시간이 없어진다는 사실로 설명할 수 있습니다. 이온 또는 전자 분극을 특징으로 하는 물질의 경우 유전율의 주파수 의존성은 작습니다.
따라서 커패시터 유전체를 만들기 위한 재료의 선택은 매우 중요합니다. 저주파에서 작동하는 것이 고주파에서 반드시 좋은 절연을 제공하지는 않습니다. 대부분의 경우 비극성 유전체는 HF에서 절연체로 사용됩니다.
또한 유전 상수는 온도에 따라 다르며 물질에 따라 다른 방식으로 달라집니다. 비극성 유전체의 경우 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 경우 이러한 절연체를 사용하여 만든 커패시터의 경우 음의 온도 커패시턴스 계수(TKE)를 말합니다. 용량 ε 다음에 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 다른 물질의 경우 온도가 증가함에 따라 투자율이 증가하고 양의 TKE를 갖는 커패시터를 얻을 수 있습니다. TKE가 반대인 커패시터를 쌍으로 포함하면 열적으로 안정적인 커패시턴스를 얻을 수 있습니다.
다양한 물질의 유전율 값의 본질과 지식을 이해하는 것은 실용적인 목적을 위해 중요합니다. 그리고 유전 상수 수준을 제어하는 기능은 추가적인 기술적 관점을 제공합니다.
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