誘電率とは

電荷は、クーロンの法則によって決定されるさまざまな力でさまざまな媒体で相互作用します。これらの媒体の特性は、誘電率と呼ばれる量によって決まります。

誘電率とは

によると クーロンの法則、2つの固定小数点料金q₁ およびq₂ 真空中では、式Fで与えられる力で相互作用します_クラス=（（1/4）*π*ε）*（| q₁| * | q₂| / r²）、 どこ：

• F_クラス はクーロン力、Nです。
• q₁、q₂ 充電モジュール、Cです。
• rは電荷間の距離mです。
• ε₀ -電気定数、8.85 * 10^-12 F / m（1メートルあたりのファラッド）。

相互作用が真空中で行われない場合、式にはクーロン力に対する物質の影響を決定する別の量が含まれ、クーロンの法則は次のように記述されます。

F =（（1/4）*π*ε*ε）*（| q₁| * | q₂| / r²).

この値はギリシャ文字のε（イプシロン）で表され、無次元です（測定単位はありません）。誘電率は、物質内の電荷の相互作用の減衰係数です。

多くの場合、物理学では、誘電率は電気定数と組み合わせて使用​​されます。この場合、絶対誘電率の概念を導入すると便利です。 εで表されます_a そしてεに等しい_a=ε*e。この場合、絶対透磁率の寸法はF/mです。通常の透磁率εは、εと区別するために相対的とも呼ばれます_a.

誘電率の性質

誘電率の性質は、電界の作用下での分極の現象に基づいています。ほとんどの物質は、荷電粒子を含んでいますが、一般に電気的に中性です。これらの粒子は物質の塊の中にランダムに配置されており、それらの電場は平均して互いに中和します。

誘電体には、主に束縛された電荷があります（双極子と呼ばれます）。これらの双極子は、従来、誘電体の厚さに沿って自発的に配向し、平均してゼロ電界強度を生成する2つの異なる粒子の束を表しています。外部磁場の作用下で、双極子は加えられた力に従ってそれ自体を配向する傾向があります。その結果、追加の電界が生成されます。同様の現象は、無極性誘電体でも発生します。

導体の場合、プロセスは似ていますが、外部電界の作用によって分離され、独自の電界を生成する自由電荷のみが存在します。このフィールドは外部フィールドに向けられ、電荷をスクリーニングし、それらの相互作用の強度を低下させます。物質が分極する能力が高いほど、εは高くなります。

各種物質の誘電率

物質が異なれば誘電率も異なります。それらのいくつかのεの値を表1に示します。これらの値が1より大きいことは明らかであるため、真空と比較して、電荷の相互作用は常に減少します。また、空気の場合、εは1をわずかに超えるため、空気中の電荷の相互作用は、真空中の相互作用と実質的に異ならないことに注意してください。

表1.さまざまな物質の透磁率の値。

コンデンサの誘電率と静電容量

εの値を知ることは、実際には、たとえば電気コンデンサを作成するときに重要です。彼ら 容量 プレートの幾何学的寸法、プレート間の距離、および誘電体の誘電率に依存します。

あなたが取得する必要がある場合 コンデンサ 容量が増加すると、プレートの面積が増加すると、寸法が増加します。電極間の距離を短くすることにも実際的な制限があります。この場合、誘電率を上げた絶縁体を使用すると効果的です。 εの高い材料を使用すると、プレートのサイズを倍増して縮小したり、プレート間の距離を損失なく拡大したりできます。 電気容量.

強誘電体と呼ばれる物質は別のカテゴリーに分類され、特定の条件下で自発分極が発生します。検討中の領域では、それらは2つのポイントによって特徴付けられます。

• 誘電率の大きな値（通常の値-数百から数千）;
• 外部電界を変化させることによって誘電率の値を制御する機能。

これらの特性は、重量とサイズのインジケータが小さい大容量コンデンサ（絶縁体の誘電率の値が増加するため）の製造に使用されます。

このようなデバイスは、低周波数の交流回路でのみ機能します。周波数が高くなると、誘電率は低下します。強誘電体の別の用途は可変コンデンサであり、その特性は、さまざまなパラメータで印加された電界の影響下で変化します。

誘電率と誘電損失

また、誘電体の損失は誘電率の値に依存します。これは、誘電体を加熱するために誘電体で失われるエネルギーの一部です。これらの損失を説明するために、通常、パラメータtanδ（誘電損失角の接線）が使用されます。これは、誘電体が利用可能なtgδの材料でできているコンデンサの誘電損失のパワーを特徴づけます。また、各物質の特定の電力損失は、式p=Eによって決定されます。²*ώ*ε*ε*tgδ、ここで：

• pは特定の電力損失Wです。
• ώ=2*π*fは電界の角周波数です。
• Eは電界強度V/mです。

明らかに、誘電率が高いほど、誘電体の損失が大きくなり、他のすべての条件は同じになります。

誘電率の外的要因への依存性

誘電率の値は、電界の周波数（この場合、プレートに印加される電圧の周波数）に依存することに注意してください。周波数が高くなると、多くの物質でεの値が減少します。この効果は、極性誘電体で顕著です。この現象は、電荷（双極子）がフィールドを追跡する時間がなくなるという事実によって説明できます。イオン分極または電子分極を特徴とする物質の場合、誘電率の周波数依存性は小さいです。

したがって、コンデンサの誘電体を作るための材料の選択は非常に重要です。低周波数で機能するものは、必ずしも高周波数で良好な分離を提供するとは限りません。ほとんどの場合、HFでは非極性誘電体が絶縁体として使用されます。

また、誘電率は温度に依存し、さまざまな物質にさまざまな方法で依存します。非極性誘電体の場合、温度の上昇とともに減少します。この場合、そのような絶縁体を使用して作られたコンデンサの場合、それらは負の静電容量の温度係数（TKE）について話します- 容量 εに続く温度の上昇とともに減少します。その他の物質については、温度の上昇とともに透磁率が高くなり、TKEが正のコンデンサが得られます。反対のTKEのコンデンサをペアで含めることにより、熱的に安定した静電容量を得ることができます。

さまざまな物質の誘電率の本質と知識を理解することは、実用的な目的にとって重要です。また、誘電率のレベルを制御する機能は、追加の技術的視点を提供します。

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