07. 유전체란(도체와의 비교)? 유전율(permittivity)이란?

 

지난 포스팅에선 전압과 전위에 대하여 알아보았다.

https://ysbusy.tistory.com/7?category=427316 

06. 전압이란? (Voltage), 전위란? (Electric Potential)

 

 

 

 

이번 포스팅에선 유전체와 유전율에 대해 알아보려 한다.

 

- INDEX -

1. 유전체란?

– 도체와 무엇이 다른걸까?

2. 유전율이란?

3. 비유전율이란?

 

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1. 유전체란?

 

A. 정의

 

- (본래 비극성이었던 물질에) 외부로부터 전기장이 가해졌을 때 극성을 지니게 되는 물질

(참고) 극성을 지니게 된다는 것은 전기쌍극자모멘트를 갖게되는 것이라고 표현하기도 한다.

전기쌍극자는 +q와 -q의 전하를 띤 두 점전하가 임의의 거리 d만큼 떨어져 있는 계(System)를 의미한다.

 

- 즉, 유전체는 전기장이 가해지지 않았을 땐 아래 왼쪽 이미지와 같이 자유로운 전하 배열을 갖으며,

오른쪽 이미지와 같이 유전체에 전기장이 가해지면 전기장 방향에 따라서 극성을 지니게 된다.

(극성을 지닌다는 것은 (+), (-) 전하가 분리되어 일정한 배열을 갖는 것을 의미한다.)

 

- 오른쪽 이미지와 같이 극성을 지니게된 상태를 분극상태라고 말한다.

전기장이 가해졌을 때의 유전체 분극현상

 

B. 특징 및 용도

 

B.1 특징

- 유전체에 전기장이 가해지면 유전체는 극성을 띤 정도만큼 전위차를 저장한다.

 

B.2 용도

- 전위차를 저장하는 특징을 활용하여 콘덴서(회로에서 전하를 모으는 장치)에 유전체가 사용된다.

 

- 반도체 MOSFET에도 콘덴서와 동일한 구조로 사용되어 Channel을 형성할 수 있게 한다.

 

 

C. 도체와 유전체의 비교

 

- 도체와 유전체의 차이는 자유전자 존재 여부에 있다고 할 수 있다.

도체는 자유전자가 존재하기 때문에 전류가 흐르며, 유전체는 자유전자가 존재하지 않기 때문에 전류가 흐르지 않는다.

 

 

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2. 유전율이란?

 

A. 정의

 

- 유전체가 얼마나 분극이 잘 일어나는지를 나타내는 물리 단위이다.

(유전율이 크다는 것은 분극이 잘 된다는 것이다.)

 

B. 특징

 

- 단위 : F/m

- 기호 : ε

- 물질마다 고유한 유전율을 지닌다.

- 진공의 유전율은[ε(0)]은 8.855x10^-12 [F/m]이다.

 

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3. 비유전율이란?

 

A. 정의

 

- 비유전율[ε(r)]은 물질의 유전율을 진공 유전율 기준으로 나타낸 것을 의미한다.

- 즉, 비유전율[ε(r)]은 아래와 같이 유전율[ε]/진공유전율[ε(0)]로 나타낼 수 있다.

비유전율과 유전율 그리고 진공 유전율의 관계

 

 

- 진공의 유전율 값[ε(0) , 8.855x10^-12]에서 알 수 있듯이

유전율은 정수로 떨어지지 않으며 10^-12이라는 단위 또한 복잡하다.

그렇기 때문에 보다 단순하고 알보기 쉽게 나타낼 수 있는 비유전율을 사용하는 것이다.

 

- ex) 고무의 비유전율 = 7 / 메탄올의 비유전율 = 30 / 증류수의 비유전율 = 80

 

 

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