다이일렉트릭 재료: 정의, 특성 및 응용
다이일렉트릭 물질은 적용된 전기장에 의해 극화될 수 있는 절연체로 정의됩니다.전기장 이라는 것은 다이일렉트릭 물질이 전기장에 놓일 때 전하가 흐르지 않지만, 대신 내부 전기 디폴(대칭적인 전하 쌍)을 전기장 방향으로 정렬시킨다는 것을 의미합니다. 이러한 정렬은 다이일렉트릭 물질 내의 전기장을 줄이고, 이를 사용하는 커패시터의 용량을 증가시킵니다.
다이일렉트릭 물질은 어떻게 작동합니까?
다이일렉트릭 물질이 어떻게 작동하는지 이해하려면 전자기학의 기본 개념을 알아야 합니다.
전기장은 전기력이 작용하는 공간입니다. 전기장의 방향은 양전하에 작용하는 힘의 방향이며, 전기장의 크기는 힘의 강도와 비례합니다. 전기장은 전기 충전이나 변화하는 자기장에 의해 생성됩니다.
전기 극화
전기 극화는 외부 전기장에 의해 물질 내에서 양성 및 음성 전하가 분리되는 현상입니다. 물질이 극화되면 전기 디폴 모멘트가 형성되며, 이는 얼마나 많이 전하가 분리되고 어떻게 정렬되었는지를 나타냅니다. 물질의 전기 디폴 모멘트는 그 물질의 전기 유도율과 비례하며, 이는 얼마나 쉽게 극화될 수 있는지를 측정합니다.
용량
용량은 시스템이 전하를 저장할 수 있는 능력을 말합니다. 커패시터는 두 개의 전도체(플레이트)가 절연체(다이일렉트릭)로 분리되어 있는 장치입니다. 전압이 플레이트 사이에 걸릴 때, 플레이트 사이에 전기장이 생성되고 각 플레이트에 전하가 축적됩니다. 커패시터의 용량은 플레이트의 면적과 비례하고, 플레이트 사이의 거리와 반비례하며, 절연체의 유전율과 직접 비례합니다.
다이일렉트릭 물질의 특성
다이일렉트릭 물질의 중요한 특성 중 일부는 다음과 같습니다:
유전율: 이것은 무차원의 수치로, 진공과 비교하여 커패시터의 용량을 얼마나 증가시키는지를 나타냅니다. 또한 상대 유전율 또는 유전율 비율이라고도 합니다. 진공의 유전율은 1이며, 공기의 유전율은 약 1.0006입니다. 높은 유전율을 가진 물질에는 물(약 80), 바륨 타나트(약 1200), 스트론튬 타나트(약 2000) 등이 있습니다.
유전강도: 이것은 물질이 전도되지 않고 파괴되지 않는 최대 전기장입니다. 볼트/미터(V/m) 또는 킬로볼트/밀리미터(kV/mm)로 측정됩니다. 공기의 유전강도는 약 3 MV/m이며, 유리의 유전강도는 약 10 MV/m입니다.
유전 손실: 이것은 교류 전기장이 물질에 적용될 때 열로 소산되는 에너지의 양입니다. 손실 탄젠트 또는 소산 인자로 측정되며, 이는 복소 유전율의 허수 부분과 실수 부분의 비율입니다. 유전 손실은 전기장의 주파수와 온도, 그리고 물질의 구조와 순도에 따라 달라집니다. 낮은 유전 손실을 가진 물질은 높은 효율과 낮은 발열이 요구되는 응용 분야에서 선호됩니다.
다이일렉트릭 물질의 종류와 예시
다이일렉트릭 물질은 분자 구조와 극화 메커니즘에 따라 다양한 종류로 분류될 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 종류와 예시는 다음과 같습니다:
진공: 이것은 물질이 없는 상태로, 따라서 극화가 없습니다. 유전율은 1이며, 유전 손실은 없습니다.
가스: 이것은 원자 또는 분자가 느슨하게 결합되어 자유롭게 움직일 수 있는 것으로 구성됩니다. 유전율이 낮고(1에 가까움) 유전 손실이 낮습니다. 예시로는 공기, 질소, 헬륨, 황화선포린이 있습니다.
액체: 이것은 분자가 가스보다 더 견고하게 결합되어 있지만 여전히 움직일 수 있는 것으로 구성됩니다. 유전율이 가스보다 높으며(2부터 80까지), 유전 손실이 높습니다. 예시로는 물, 변압기 오일, 에탄올, 글리세롤 등이 있습니다.
고체: 이것은 원자 또는 분자가 고정된 위치에 견고하게 결합되어 있는 것으로 구성됩니다. 유전율이 액체보다 높으며(3부터 2000까지), 유전 손실이 높습니다. 예시로는 유리, 세라믹, 플라스틱, 고무, 종이, 미카, 석영 등이 있습니다.
다이일렉트릭 물질의 응용분야
다이일렉트릭 물질은 과학 및 공학의 다양한 분야에서 많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 몇 가지 예시는 다음과 같습니다:
커패시터: 이것은 두 개의 전도체 사이에 다이일렉트릭 물질을 사용하여 전하와 에너지를 저장하는 장치입니다. 커패시터는 필터링, 평활화, 타이밍, 결합, 분리, 튜닝, 감지, 전력 변환 등 전자 회로에서 사용됩니다.
절연체: 이것은 높은 저항과 높은 유전강도를 이용하여 전류가 흐르지 않도록 하는 물질입니다. 절연체는 보호, 절연, 지지, 분리 등의 목적으로 전기 부품과 전선을 사용합니다.
전환기: 이것은 피에조 전기 효과 또는 전기 축소를 나타내는 다이일렉트릭 물질을 사용하여 한 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 장치입니다. 피에조 전기 효과는 일부 물질이 기계적 스트레스에 의해 전기 전압을 발생시키거나 그 반대로 하는 성질을 말합니다. 전기 축소는 일부 물질이 전기장에 의해 형상이나 크기가 변하거나 그 반대로 하는 성질을 말합니다. 전환기는 소리파, 초음파, 진동, 압력, 힘, 변위, 온도 등을 생성, 검출, 측정, 제어하는 데 사용됩니다.
광학 장치: 이것은 굴절, 반사, 흡수, 산란, 분산, 이중굴절 등과 같은 광학적 특성을 나타내는 다이일렉트릭 물질을 사용하여 빛 파장을 조작하는 장치입니다. 광학 장치는 빛 신호를 전송, 수신, 변조, 스위칭, 필터링, 증폭, 분할, 결합, 저장, 처리, 표시, 이미징, 감지 등에 사용됩니다.
메모리 장치: 이것은 페로 전기 효과 또는 전기 체를 나타내는 다이일렉트릭 물질을 사용하여 정보를 저장하는 장치입니다. 페로 전기 효과는 일부 물
