유전율 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전 유전율 위키백과, 우리 모두의 백과사전. 둘러보기로 가기 검색하러 가기 이 문서의 내용은 출처가 분명하지 않습니다. 이 문서를 편집하여, 신뢰할 수 있는 출처를 표기해 주세요. 검증되지 않은 내용은 삭제될 수도 있습니다. 내용에 대한 의견은 토론 문서에서 나누어 주세요. ( 2010년 12월 ) 유전율 ( [UNK] [UNK] [UNK], 영어 : permittivity ) 또는 전매상수는 전하 사이에 전기장이 작용할 때, 그 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 물리적 단위이다. 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있다. 같은 양의 물질이라도 유전율이 더 높으면 더 많은 전하를 저장할 수 있기 때문에, ( 저장된 전하량이 동일할 때 ) 유전율이 높을수록 전기장의 세기가 감소된다. 그래서 높은 유전율을 가진 물질을 축전기에 넣는 유전체로 사용하면, 축전기의 전기 용량이 커진다. 전자기학에서는 물질에 가해진 전기장 E { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { E } } 가 얼마나 물질의 구성에 영향을 마치는지 나타내는 정도를 전기변위장 ( electric displacement field ) D { [UNK]
장 E { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { E } } 가 얼마나 물질의 구성에 영향을 마치는지 나타내는 정도를 전기변위장 ( electric displacement field ) D { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } } 로 정의한다. 이 전기변위장 D { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } } 와 유전율과의 관계는 다음과 같다. D = [UNK] [UNK] E { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } = [UNK] varepsilon [UNK] cdot [UNK] mathbf { E } } 유전율 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 은 매질이 등방성 ( isotropy ) 을 가질때에는 스칼라이지만, 그렇지 않은 경우에는 3x3 행렬로 표현된다. 유전율은 실수일 수도, 복소수일 수도 있다. 일반적으로 유전율은 상수값이 아닌데, 이것은 유전율이 매질의 부분, 그 매질에 가해진 전자기장의 주파수, 습도, 온도 등과 같은 여러 요인에 의해 영향을 받기 때문이다. 국제단위계에서 유전율의 단위는 패럿 / 미터다. 전기변위장 D { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } }
^ { i [UNK] omega t } = { [UNK] hat { [UNK] varepsilon } } ( [UNK] omega ) E - { 0 } e ^ { i [UNK] omega t }, } 여기서 D 0 { [UNK] displaystyle D - { 0 } } 와 E 0 { [UNK] displaystyle E - { 0 } } 은 각각 변위 장과 전기장의 크기를 나타내고, i = - 1 { [UNK] displaystyle i = { [UNK] sqrt { - 1 } } } 은 허수 단위이다. 정적인 전기장에 대한 매질의 반응은 위의 유전율에서 주파수를 0으로 극한을 취해서 표현할 수 있으며, 이 유전율을 " 정적 유전율 " 혹은 유전 상수 [UNK] s { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { s } } ( 또는 [UNK] D C { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { DC } } ) 라고 한다. [UNK] s = lim [UNK] → 0 [UNK] ^ ( [UNK] ) { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { s } = [UNK] lim - { [UNK] omega [UNK] rightarrow 0 } { [UNK] hat { [UNK] varepsilon } } ( [UNK] omega ) } 한편 주파수가 매우 큰 경우의 복소 유전율은 보통 [UNK] in
가하는 전기장을 세게 하면 물질에 저장된 변위전류는 증가하고, 전기장을 약하게 하면 물질에 저장된 변위전류가 줄어든다. 전기적 변위는 다음 식처럼 진공에 의한 항과 물질에 의한 항으로 나눌 수 있다. D = [UNK] 0 E P = [UNK] 0 E [UNK] 0 [UNK] E = [UNK] 0 E ( 1 [UNK] ) { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } = [UNK] varepsilon - { 0 } [UNK] mathbf { E } [UNK] mathbf { P } = [UNK] varepsilon - { 0 } [UNK] mathbf { E } [UNK] varepsilon - { 0 } [UNK] chi [UNK] mathbf { E } = [UNK] varepsilon - { 0 } [UNK] mathbf { E } [UNK] left ( 1 [UNK] chi [UNK] right ) } P { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { P } } 는 매질의 분극 ( polarization ) 이고, [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] chi } 는 전기적 감수율 ( electric susceptibility ) 이다. 따라서 물질의 상대 유전율과 감수율은 다음과 같은 관계를 갖게 된다. [UNK] r = [UNK] 1 { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - {
ric susceptibility ) 이다. 따라서 물질의 상대 유전율과 감수율은 다음과 같은 관계를 갖게 된다. [UNK] r = [UNK] 1 { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { r } = [UNK] chi 1 } 복소수 유전율 [ 편집 ] 진공과는 달리, 실제 물질이 외부 장에 반응할 때는 그 장의 주파수도 중요하게 작용한다. 이 현상은 물질이 가해진 장 자체에 반응하는 것이 아니라, 장이 가해진 이후 그에 따라 발생하는 일련의 변화에 반응함을 의미한다. 따라서 유전율은 단순한 상수 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 가 아니라 외부 장의 주파수 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] omega } 에 대한 복소함수 [UNK] ^ ( [UNK] ) { [UNK] displaystyle { [UNK] hat { [UNK] varepsilon } } ( [UNK] omega ) } 로 나타나게 된다. D 0 e i [UNK] t = [UNK] ^ ( [UNK] ) E 0 e i [UNK] t, { [UNK] displaystyle D - { 0 } e ^ { i [UNK] omega t } = { [UNK] hat { [UNK] varepsilon } } ( [UNK] omega ) E - { 0 } e ^ { i [UNK] omega t }, } 여기
같은 여러 요인에 의해 영향을 받기 때문이다. 국제단위계에서 유전율의 단위는 패럿 / 미터다. 전기변위장 D { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } } 의 단위는 쿨롱 / 제곱미터 [ C / m2 ] 이고, 전기장 E { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { E } } 의 단위는 볼트 / 미터 [ V / m ] 다. 전기변위장과 전기장은 전하에 의해 발생하는 같은 현상을 나타낸다. 전기변위장은 전하의 전기 선속을 나타내는 데 유용하고, 전기장은 전기 선속 내의 단위 전하에 작용하는 힘을 측정하는 데 이용한다. 진공의 유전율 [UNK] 0 { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { 0 } } 는 진공에서 이 둘 사이의 관계를 나타내는 변환값 ( scale factor ) 이다. [UNK] 0 { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon - { 0 } } 는 국제단위계로 8. 8541878176... x10 - 12 [ F / m ] 이다. 목차 1 진공의 유전율 2 매질의 유전율 2. 1 복소수 유전율 2. 2 물질의 분류 2. 3 유전체 흡수 과정 2. 4 양자역학적 해석 3 유전율 측정 4 같이
RC 회로, LRC 회로 ) 의 1차, 2차 항을 이용하고 있다. 유전율 측정 [ 편집 ] 물질의 유전율은 다양한 정전기적 방법으로 측정할 수 있다. 복소 유전율은 10 - 6 헤르츠에서 1015 헤르츠에 달하는 다양한 주파수 범위에 대해 각기 다른 유전율 분광학 기법을 사용해서 측정한다. 또한 저온유지장치와 오븐을 이용하면 시간에 따라 특정 매질 속의 유전율이 어떻게 변하는지 측정할 수 있다. 여러 여기장들에 대해 계가 어떻게 반응하는지 보고 싶을 때는 특정 주파수 영역에서 다양한 측정 장치를 설치하여 측정한다. 저주파 시간 영역 측정 ( 10 - 6 - 103 [ Hz ] ) 저주파 주파수 영역 측정 ( 10 - 5 - 106 [ Hz ] ) - 일반적으로 많이 측정되는 영역이다. 평행판 축전기를 만들어서 그 전기용량 ( capacitance ) 를 임피던스 분석기를 이용하여 측정함으로써 주파수에 따른 유전율을 측정할 수 있다. 반사 동축 기법 ( 106 - 1010 [ Hz ] ) 투과 동축 기법 ( 108 - 1011 [ Hz ] ) 유사광학 ( quasi - optical ) 기법 ( 109 - 1010 [ Hz ] ) 푸리에 변환 기법 ( 1011 - 1015 [ Hz ] ) 같이 보기
pi [UNK] 0 [UNK] 8. 99 x 10 9 N [UNK] m 2 / C 2 { [UNK] displaystyle k = { [UNK] frac { 1 } { 4 [UNK] pi [UNK] varepsilon - { 0 } } } [UNK] approx 8. 99 [UNK] times 10 ^ { 9 } { [UNK] mbox { N } } [UNK] cdot { [UNK] mbox { m } } ^ { 2 } / { [UNK] mbox { C } } ^ { 2 } } 매질의 유전율 [ 편집 ] 실온에서 여러 물질의 유전상수 물질 유전상수 진공 1 ( 정의에 의함 ) 공기 1. 00059 테플론 2. 03 아크릴판 2. 56 종이 3 유리판 5. 6 고무 7 실리콘 11. 8 메탄올 30 증류수 80 티탄산바륨 ( BaTiO3 ) 1200 등방성을 가진 매질의 경우에는 D { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { D } } 와 E { [UNK] displaystyle [UNK] mathbf { E } } 가 평행 벡터고, 따라서 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 는 스칼라가 된다. 하지만 일반적으로 매질이 등방성을 갖지 않는 경우에 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 은 2차 텐서고, 이로 인해
ilon } 는 스칼라가 된다. 하지만 일반적으로 매질이 등방성을 갖지 않는 경우에 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 은 2차 텐서고, 이로 인해 복굴절 현상이 일어난다. 매질 속에서 전자기파의 위상속도 v { [UNK] displaystyle v } 는 물질의 유전율 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] varepsilon } 과 자기 투과율 [UNK] { [UNK] displaystyle [UNK] mu } 에 의해 다음과 같이 결정된다. v 2 = 1 [UNK] [UNK] { [UNK] displaystyle v ^ { 2 } = { [UNK] frac { 1 } { [UNK] varepsilon [UNK] mu } } } 매질에 전기장이 가해지게 되면, 전류가 흐른다. 실제 매질을 통해 흐르는 전체 전류는 전도전류와 변위전류로 구성된다. 전도전류는 하전입자가 직접 전하를 전달하여 생기는 전류고, 변위전류는 물질이 전기장에 용수철처럼 탄성반응을 하는 것이라고 생각할 수 있다. 물질에 가하는 전기장을 세게 하면 물질에 저장된 변위전류는 증가하고, 전기장을 약하게 하면 물질에 저장된 변위전류가 줄어든다. 전기적 변위는 다음 식처럼 진공에 의한
원자내 전자를 여기시키는 데 사용된다. 플라즈마 주파수 영역에서는 전자들이 완전히 이온화되고 따라서 전도성을 보이게 된다. 중간 주파수 영역의 에너지는 전자에 이용되기에는 너무 작고 회전운동에 이용되기에는 너무 크다. 이 에너지는 분자의 진동운동 형태로 흡수된다. 물의 경우 이 영역이 파란색 영역에 해당하는데 여기서 흡수율이 급격히 떨어지게 된다. 즉 파란 빛은 물에 잘 흡수되지 않고 반사되는 것이다. 바로 이 이유 때문에 바다가 파랗게 보이는 것이며, 눈과 같이 신체 내에서 물을 포함하고 있는 기관들이 직사광선에 의해 손상받지 않게 된다. 최근 들어 유전율을 순이론적 ( ab initio ) 방법으로 계산하는 것이 가능해졌지만 아직 널리 사용되지는 않는다. 현재는 주로 실험 결과를 설명할 수 있는 반경험적 모형들이 사용되고 있다. 디바이 모형 ( Debye model ) 과 로렌츠 모형 ( Lorentz model ) 은 집중계 ( lumped system ) 변수 선형표현 ( 예를 들어 RC 회로, LRC 회로 ) 의 1차, 2차 항을 이용하고 있다. 유전율 측정 [ 편집 ] 물질의 유전율은 다양한 정전기적 방법으로 측정할 수 있다. 복소 유전율은 10
유전율(誘電率, 영어: permittivity) 또는 전매상수는 전하 사이에 전기장이 작용할 때, 그 전하 사이의 매질이 전기장에 미치는 영향을 나타내는 물리적 단위이다. 매질이 저장할 수 있는 전하량으로 볼 수도 있다. 같은 양의 물질이라도 유전율이 더 높으면 더 많은 전하를 저장할 수 있기 때문에, (저장된 전하량이 동일할 때)유전율이 높을수록 전기장의 세기가 감소된다. 그래서 높은 유전율을 가진 물질을 축전기에 넣는 유전체로 사용하면, 축전기의 전기 용량이 커진다. 전자기학에서는 물질에 가해진 전기장 E {\displaystyle \mathbf {E} } 가 얼마나 물질의 구성에 영향을 미치는지 나타내는 정도를 전기변위장 D {\displaystyle \mathbf {D} } (electric displacement field)로 정의한다. 이 전기변위장 D {\displaystyle \mathbf {D} } 와 유전율과의 관계는 다음과 같다. D = ε ⋅ E {\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \cdot \mathbf {E} } 유전율 ε {\displaystyle \varepsilon } 은 매질이 등방성(isotropy)을 가질때에는 스칼라이지만, 그렇지 않은 경우에는 3x3 행렬로 표현된다. 유전율은 실수일 수도, 복소수일 수도 있다. 일반적으로 유전율은 상수값이 아닌데, 이것은 유전율이 매질의 부분, 그 매질에 가해진 전자기장의 주파수, 습도, 온도 등과 같은 여러 요인에 의해 영향을 받기 때문이다. 국제단위계에서 유전율 ε {\displaystyle \varepsilon } 의 단위는 패럿/미터[F/m]다. 전기변위장 D {\displaystyle \mathbf {D} } 의 단위는 쿨롱/제곱미터 [C/m2]이고, 전기장 E {\displaystyle \mathbf {E} } 의 단위는 볼트/미터 [V/m]다. 전기변위장과 전기장은 전하에 의해 발생하는 같은 현상을 나타낸다. 전기변위장은 전하의 전기 선속을 나타내는 데 유용하고, 전기장은 전기 선속 내의 단위 전하에 작용하는 힘을 측정하는 데 이용한다. 진공의 유전율 ε 0 {\displaystyle \varepsilon -{0}} 는 진공에서 이 둘 사이의 관계를 나타내는 변환값(scale factor)이다. ε 0 {\displaystyle \varepsilon -{0}} 는 국제단위계로 8.8541878176... x10-12 [F/m]이다.