유전체 재료는 무엇인가 – 특성 및 응용

재료는 도체, 절연체 및 반도체 전기 전도 특성에 따라. 모든 물질은 원자로 구성된 분자로 구성됩니다. 전기장을 받으면 재료의 이러한 원자는 특정 변위 및 특성 변화를 겪습니다. 1745 년 10 월 독일의 Ewald Georg von Kleist가 고전압 정전기 발생기를 와이어를 사용하여 휴대용 항아리에 모은 물에 연결하여 수행 한 실험에서 전하를 저장할 수 있음을 보여주었습니다. 이 현상을 사용하여 Pieter van Musschenbroek은 'Leyden Jar'라는 첫 번째 커패시터를 발명했습니다. 본 발명을 뒷받침하는 새로운 물성은“유전체”였습니다.

유전체 란 무엇입니까?

모든 물질은 원자로 구성됩니다. 원자는 음으로 하전 된 입자와 양으로 하전 된 입자를 모두 포함합니다. 원자의 중심핵은 양전하를 띤다. 모든 재료에서 원자는 다음과 같이 배열됩니다. 쌍극자 끝에 양전하와 음전하로 표시됩니다. 이러한 물질이 전기장을 받으면 쌍극자 모멘트가 발생합니다.

도체 재료는 전기가 가해지면 전도를 시작합니다. 절연체는 구조에 자유 이동 전자가 없기 때문에 전기의 흐름에 반대합니다. 그러나 유전체는 전기를 전도하지 않고 전기를 받으면 분극화되는 특수한 유형의 절연체입니다.

유전체 내 분극

유전체 재료에서 전기장을 받으면 재료에 존재하는 양전하가 적용된 전기장 방향으로 변위됩니다. 음전하는인가 된 전기장의 반대 방향으로 이동합니다. 이것은 유전체 분극으로 이어집니다. 유전체 재료에서 전하는 재료를 통해 흐르지 않습니다. 분극은 유전체의 전체 필드를 감소시킵니다.

유전체의 특성

유전체라는 용어는 William Whewell에 의해 처음 소개되었습니다. 'Dia'와 'electric'두 단어의 조합입니다. 완벽한 유전체의 전기 전도도는 0입니다. 유전체는 이상적인 커패시터와 유사하게 전기 에너지를 저장하고 발산합니다. 유전체 재료의 주요 특성 중 일부는 전기 감수성, 유전체 분극, 유전체 분산, 유전체 완화, 조정 가능성 등입니다.

전기 감수성

유전 물질이 전기장을받을 때 얼마나 쉽게 분극 될 수 있는지는 전기 감수성으로 측정됩니다. 이 양은 또한 재료의 전기 투자율을 결정합니다.

유전체 분극

전기 쌍극자 모멘트는 시스템에서 음전하와 양전하를 분리하는 척도입니다. 쌍극자 모멘트 (M)와 전기장 (E) 사이의 관계는 유전체의 특성을 일으 킵니다. 적용된 전기장이 제거되면 원자는 원래 상태로 돌아갑니다. 이것은 기하 급수적 인 감쇠 방식으로 발생합니다. 원자가 원래 상태에 도달하는 데 걸리는 시간을 이완 시간이라고합니다.

총 편광

유전체의 분극을 결정하는 두 가지 요소가 있습니다. 쌍극자 모멘트의 형성과 전기장에 대한 방향입니다. 기본 쌍극자 유형에 따라 전자 분극 또는 이온 분극이있을 수 있습니다. 전자 분극 P_이다쌍극자 모멘트를 형성하는 유전체 분자가 중성 입자로 구성 될 때 발생합니다.

이온 분극 P_나는그리고 전자 분극은 모두 온도와 무관합니다. 영구 쌍극자 모멘트는 서로 다른 원자 사이에 전하의 비대칭 분포가있을 때 분자에서 생성됩니다. 이러한 경우 배향 편광 P_또는관찰됩니다. 유전 물질에 자유 전하가 존재하면 공간 전하 분극 P로 이어질 것입니다._에스. 유전체의 전체 분극은 이러한 모든 메커니즘을 포함합니다. 따라서 유전체 재료의 총 분극은

피_합계= P_나는+ P_이다+ P_또는+ P_에스

유전체 분산

P가 유전체에 의해 얻어지는 최대 분극 일 때, t_{아르 자형}특정 분극 과정의 이완 시간이며 유전체 분극 과정은 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

P (t) = P [1-exp (-t / t_{아르 자형})]

이완 시간은 편광 과정에 따라 다릅니다. 전자 분극은 매우 빠르며 이온 분극이 뒤 따릅니다. 배향 분극은 이온 분극보다 느립니다. 공간 전하 분극은 매우 느립니다.

유전체 고장

더 높은 전기장이 적용되면 절연체가 전도를 시작하고 전도체처럼 작동합니다. 이러한 조건에서 유전체 재료는 유전체 특성을 잃습니다. 이 현상을 유전체 고장이라고합니다. 되돌릴 수없는 과정입니다. 이것은 유전체 재료의 고장으로 이어집니다.

유전체 재료의 종류

유전체는 물질에 존재하는 분자 유형에 따라 분류됩니다. 유전체에는 극성 유전체와 비극성 유전체의 두 가지 유형이 있습니다.

극성 유전체

극성 유전체에서 양극 입자의 질량 중심은 음극 입자의 질량 중심과 일치하지 않습니다. 여기에 쌍극자 모멘트가 존재합니다. 분자는 모양이 비대칭입니다. 전기장이 가해지면 분자는 전기장과 정렬됩니다. 전기장이 제거되면 무작위 쌍극자 모멘트가 관찰되고 분자의 순 쌍극자 모멘트는 0이됩니다. 예로는 H2O, CO2 등이 있습니다.

비극성 유전체

비극성 유전체에서는 양의 입자와 음의 입자의 질량 중심이 일치합니다. 이 분자에는 쌍극자 모멘트가 없습니다. 이 분자들은 모양이 대칭입니다. 비극성 유전체의 예는 H2, N2, O2 등입니다.

유전체 재료의 예

유전체 재료는 고체, 액체, 기체 및 진공 일 수 있습니다. 고체 유전체는 전기 공학에서 많이 사용됩니다. 판매 된 유전체의 예로는 도자기, 세라믹, 유리, 종이 등이 있습니다. 건조한 공기, 질소, 육 불화 황 및 다양한 금속의 산화물이 가스 유전체의 예입니다. 증류수, 변압기 오일은 액체 유전체의 일반적인 예입니다.

유전체 재료의 응용

유전체의 일부 응용은 다음과 같습니다.

• 이들은 에너지 저장에 사용됩니다 커패시터 .
• 반도체 소자의 성능을 높이기 위해 유전율이 높은 유전체 재료가 사용됩니다.
• 유전체는 다음에 사용됩니다. 액정 디스플레이.
• 세라믹 유전체는 유전체 공진기 발진기에 사용됩니다.
• 바륨 스트론튬 Titanate 박막은 높은 조정 가능성과 낮은 누설 전류를 제공하는 마이크로파 조정 가능 장치에 사용되는 유전체입니다.
• Parylene은 산업용 코팅에 사용되며 기판과 외부 환경 사이의 장벽 역할을합니다.
• 전기에서 변압기 , 미네랄 오일은 액체 유전체로 사용되며 냉각 과정을 돕습니다.
• 캐스터 오일은 정전 용량 값을 높이기 위해 고전압 커패시터에 사용됩니다.
• 특수 처리 된 유전체 재료 인 일렉 트릿은 자석과 같은 정전 기적 역할을합니다.

자주 묻는 질문

1). 커패시터에서 유전체의 사용은 무엇입니까?

커패시터에 사용 된 유전체는 전기장을 감소시켜 전압을 감소시켜 커패시턴스를 증가시킵니다.

2). 커패시터에 널리 사용되는 유전체 재료는 무엇입니까?

커패시터에는 유리, 세라믹, 공기, 운모, 종이, 플라스틱 필름과 같은 유전체 재료가 널리 사용됩니다.

삼). 유전 강도가 가장 높은 재료는 무엇입니까?

완벽한 진공은 유전 강도가 가장 높은 것으로 알려져 있습니다.

4). 모든 절연체가 유전체입니까?

아니요, 유전체가 절연체처럼 작동하지만 모든 절연체가 유전체가 아닙니다.

따라서 유전체는 커패시터의 중요한 부분을 형성합니다. 좋은 유전체 재료는 좋은 유전 상수, 유전 강도, 낮은 손실 계수, 고온 안정성, 높은 저장 안정성, 좋은 주파수 응답을 가져야하며 산업 공정에 맞게 수정할 수 있어야합니다. 유전체는 또한 고주파 전자 회로에서 중요한 역할을합니다. 재료의 유전 특성 측정은 전기적 또는 자기 적 특성에 대한 정보를 제공합니다. 유전 상수는 무엇입니까?