유전 상수는 무엇입니까? - 물리적 인

유전율은 용량 (또는 용량 -도 1)의 플레이트 사이에 배치되는 재료와 관련된 값 및 그 최적화의 기능을 향상 수있다. (Giancoli, 2006). 유전체는 전기 절연체와 동의어입니다. 즉, 전류의 통과를 허용하지 않는 재료입니다.

모든 사람이 가정, 레크리에이션 공간, 교육 또는 워크 스테이션에서 전기 및 전자 장비를 사용하는 것이 일반적이기 때문에이 값은 여러 측면에서 중요하지만 기능을 수행하기 위해이 장비에서 발생하는 복잡한 프로세스를 인식하지 못합니다.

그림 1 : 다양한 유형의 커패시터.

예를 들어, 우리의 미니 부품, 텔레비전 및 멀티미디어 장치는 기능에 직류를 사용하지만 가정과 직장에 도달하는 국내 및 산업 전류는 교류입니다. 이것이 어떻게 가능한지?.

그림 2 : 가정용 장비의 전기 회로

이 질문에 대한 답은 동일한 전기 및 전자 장비, 즉 커패시터 (또는 커패시터) 내에 있습니다. 이러한 구성 요소는 무엇보다도 교류를 직류로 정류 할 수 있도록하며, 그 기능은 커패시터의 형상이나 모양 및 설계에있는 유전체 재료에 따라 달라집니다.

유전체 재료는 커패시터를 구성하는 플레이트를 접촉하지 않고 매우 가깝게하고 유전체 재료로 상기 플레이트 사이의 공간을 완전히 덮어 커패시터의 기능을 높이기 때문에 중요한 역할을합니다.

유전 상수의 기원 : 커패시터 및 유전 물질

이 상수의 값은 실험 결과입니다. 즉, 서로 다른 유형의 절연 재료로 수행 된 실험에서 비롯된 것이며 결과적으로 커패시터의 기능 또는 효율성 증가와 같은 동일한 현상이 발생합니다.

커패시터는 특정 전위차 "∆V"를 공급하여 커패시터가 저장할 수있는 전하 "Q"를 정의하는 정전 용량 "C"라는 물리량과 관련됩니다 (공식 1).

(수식 1)

실험에 따르면 커패시터 판 사이의 공간을 유전 물질로 완전히 덮으면 커패시터가 "유전 상수"라고하는 계수 κ만큼 커패시턴스를 증가시킵니다. (수식 2).

(수식 2)

평평한 평행 판 커패시터 커패시터 C가 충전되어 결과적으로 플레이트 사이에서 아래쪽으로 향하는 균일 한 전기장이있는 그림이 그림 3에 나와 있습니다.

그림의 맨 위에는 플레이트 사이에 진공이있는 커패시터가 있습니다 (진공-유전율 ∊0). 그런 다음 하단에는 커패시턴스 C '> C를 갖는 동일한 커패시터가 제공되며 플레이트 사이에 유전체가 있습니다 (유전율 ∊).

그림 3 : 유전체가없고 유전체가있는 평면 병렬 플레이트 커패시터.

Figueroa (2005)는 커패시터의 유전체 재료에 대한 세 가지 기능을 나열합니다.

따라서 저자는 κ는 "재료의 유전 상수라고하며 외부 자기장에 대한 분자 쌍극자의 반응을 측정합니다"라고 말합니다. 즉, 물질 분자의 극성이 높을수록 유전 상수가 높아집니다.

일반적으로 물질은 분자 자체와 각 물질을 구성하는 요소에 따라 특정한 분자 배열을 가지고 있습니다. 유전체 공정에 개입하는 분자 배열 중에는 소위 "극성 분자"또는 극성 화 된 분자 배열이 있습니다.

극성 분자에서는 음전하의 중간 위치와 양전하의 중간 위치가 분리되어 전기 극을 갖습니다.

예를 들어, 물 분자 (그림 4)는 양전하 분포의 중심이 수소 원자 사이의 중간에 있기 때문에 영구적으로 분극됩니다. (Serway and Jewett, 2005).

그림 4 : 물 분자의 분포.

선형 분자 인 BeH2 분자 (베릴륨 하이드 라이드-그림 5)에서는 양전하 분포의 중심 (수소)이 음전하 분포의 중심 (베릴륨)에 있기 때문에 분극이 없습니다. , 존재할 수있는 모든 편광을 취소합니다. 이것은 비극성 분자입니다.

그림 5 : 베릴륨 수 소화물 분자의 분포.

같은 맥락에서 유전체 물질이 전계 E의 존재하에있을 때 분자는 전계의 함수로 정렬되어 커패시터 플레이트를 향하는 유전체 표면에 표면 전하 밀도를 유발합니다.

이 현상으로 인해 유전체 내부의 전기장은 커패시터에 의해 생성 된 외부 전기장보다 적습니다. 다음 그림 (그림 6)은 평면 병렬 플레이트 커패시터 내의 전기적으로 분극 된 유전체를 보여줍니다.

이 현상은 전기장이 존재할 때 더 효율적으로 상호 작용하는 분극 분자의 존재로 인해 비극성 물질보다 극성 물질에서 더 쉽게 발생한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 전기장의 존재만으로도 비극성 분자의 분극화가 발생하여 극성 물질과 동일한 현상이 발생합니다.

그림 6 : 충전 된 커패시터에서 발생하는 전기장으로 인한 유전체의 분극화 된 분자 모델.

커패시터의 기능, 경제성 및 궁극적 인 유용성에 따라 성능을 최적화하기 위해 다양한 절연 재료가 사용됩니다.

종이와 같은 재료는 고온이나 물과 접촉하면 고장날 수 있지만 매우 저렴합니다. 고무이지만 여전히 가단하지만 더 저항력이 있습니다. 우리는 또한 필요에 따라 다른 모양에 적응할 수 없지만 고온에 견디는 도자기도 있습니다.

아래는 일부 재료의 유전 상수가 지정된 표입니다. 여기서 유전 상수에는 단위가 없습니다 (무 차원 임).

표 1 : 실온에서 일부 재료의 유전 상수.

유전체 재료는 무선 소프트웨어, GPS, 인공위성을 통한 환경 모니터링을 포함한 지상 및 위성 통신에서 다양한 응용 분야로 글로벌 사회에서 중요합니다. (세바스티안, 2010)

또한 Fiedziuszko 및 기타 (2002)는 셀룰러 전화를 포함한 무선 기술 개발을위한 유전체 재료의 중요성을 설명합니다. 그들의 출판물에서 그들은 장비의 소형화에서 이러한 유형의 재료의 관련성을 설명합니다.

이러한 아이디어의 순서에서 현대성은 기술 생활의 발전을 위해 유전 상수가 높고 낮은 재료에 대한 큰 수요를 창출했습니다. 이러한 자료는 데이터 저장 기능, 통신 및 데이터 전송 성능 측면에서 인터넷 장치의 필수 구성 요소입니다. (Nalwa, 1999).

Fiedziuszko, SJ, Hunter, IC, Itoh, T., Kobayashi, Y., Nishikawa, T., Stitzer, SN, & Wakino, K. (2002). 유전체 재료, 장치 및 회로. 마이크로파 이론 및 기술에 대한 IEEE 트랜잭션, 50 (3), 706-720.
Figueroa, D. (2001). 전기적 상호 작용. 카라카스, 베네수엘라 : Miguel Angel García 및 Son, SRL.
Giancoli, D. (2006). 물리적 인. 응용 프로그램부터 시작합니다. 멕시코 : PEARSON EDUCACION.
Nalwa, HS (Ed.). (1999). 저 유전율 및 고유 전율 재료 및 그 용도 핸드북, 2 권 세트. 엘스 비어.
Sebastian, MT (2010). 무선 통신을위한 유전체 재료. 엘스 비어.
Serway, R. & Jewett, J. (2005). 과학 및 공학을위한 물리학. 멕시코 : 국제 Thomson 편집자.