상대 유전율

Relative permittivity
1kHz 미만의 실온에서 일부 물질의 상대 유전율
재료. εr
진공. 1 (정의에 따름)
항공사 1.00058986±0.00000050
(STP, 900kHz),[1]
PTFE/테프론 2.1
폴리에틸렌/XLPE 2.25
폴리이미드 3.4
폴리프로필렌 2.2~2.36
폴리스티렌 2.4~2.7
이황화탄소 2.6
보펫 3.1[2]
용지, 인쇄 1.4[3] (200 kHz)
전기 활성 고분자 2 ~ 12
마이카 3~6[2]
이산화규소 3.9[4]
사파이어 8.9~11.1 ( 이방성)[5]
구체적인 4.5
파이렉스(유리) 4.7 (3.7 ~10)
네오프렌 6.7[2]
천연고무 7
다이아몬드 5.5~10
소금. 3 ~ 15
흑연 10 ~ 15
실리콘 고무 2.9~4[6]
실리콘 11.68
GaAs 12.4[7]
질화 규소 7 ~ 8 (다결정, 1 MHz)[8][9]
암모니아 26, 22, 20, 17 (−80, −40, 0, +20 °C)
메탄올 30
에틸렌 글리콜 37
후루후루루루 42.0
글리세롤 41.2, 47, 42.5 (0, 20, 25 °C)
물. 87.9, 80.2, 55.5
(0, 20, 100 °C)[10]
가시광선: 1.77
불산 175, 134, 111, 83.6
(-73, -42, -27, 0°C),
히드라진 52.0(20°C),
포름아미드 84.0 (20 °C)
황산 84 ~ 100 (20 ~25 °C)
과산화수소 128수 - 60
(-30~25°C)
시안산 158.0~2.3 (0~21 °C)
이산화티타늄 86~173
티탄산 스트론튬 310
티탄산바륨 스트론튬 500
티탄산바륨[11] 1200 ~ 10,000 (20 ~120 °C)
티탄산지르콘산납 500 ~ 520
켤레 폴리머 1.8 ~ 6 (최대 100,000[12])
티탄산칼슘구리 250,000[13] 이상
물의 상대적 정적 유전율의 온도 의존성

상대 유전율(이전 텍스트에서는 유전율)은 진공의 전기 유전율과의 비율로 표현되는 물질의 유전율입니다.유전체는 절연재료이며 절연체의 유전정수는 절연체가 전계 내에 전기에너지를 저장하는 능력을 측정한다.

유전율은 물질의 두 점 전하 사이의 쿨롱 힘에 영향을 미치는 물질의 특성입니다.상대 유전율은 전하 사이의 전계가 진공에 비해 감소하는 요인입니다.

마찬가지로, 상대 유전율은 그 물질을 유전체로 사용하는 콘덴서의 캐패시턴스 비율이며, 그 유전체로 진공이 있는 유사한 콘덴서와 비교됩니다.상대 유전율은 유전율이라고도 합니다. 유전율은 여전히 사용되지만 공학 및 [15]화학 분야의 표준[14] 기구에서 권장하지 않는 용어입니다.

정의.

상대 유전율은 일반적으로 "(ωr)"(때로는 ", 소문자 카파)로 나타나며 다음과 같이 정의된다.

여기서 θ(θ)는 물질의 복잡한 주파수 의존 유전율이고 θ는0 진공 유전율이다.

상대 유전율은 일반적인 복소수 값인 무차원 수치이며, 그 실수와 허수 부분은 다음과 [16]같이 표시됩니다.

매체의 상대 유전율은 θr(θ) = 1 + θ로서e 매체의 전기적 감수성 θ와e 관련이 있다.

이방성 매체(예: 비입방 결정)에서 상대 유전율은 두 번째 등급 텐서이다.

0의 주파수에 대한 물질의 상대 유전율은 정적 상대 유전율이라고 알려져 있습니다.

용어.

상대 유전율의 과거 용어는 유전율입니다.이는 여전히 일반적으로 사용되고 있지만, 일부 오래된 보고서에서는 절대 유전율 [14][17][18]ε에 대해 사용되었기 때문에 그 모호성 때문에 표준 [14][15]조직에서는 이를 사용하지 않습니다.유전율은 정적 특성 또는 주파수에 의존하는 변종으로 인용될 수 있으며, 이 경우 유전율 함수라고도 합니다.복소수 상대 유전율의 [citation needed]실성분 rδ'만을 지칭하는 데에도 사용되어 왔다.

물리

파동의 원인 이론에서 유전율은 복잡한 양이다.가상 부분은 E에 대한 편파 P의 위상 이동에 해당하며 매체를 통과하는 전자파의 감쇠로 이어집니다.정의상 진공의 선형 상대 유전율은 1 [18]즉, δ = δ이지만0, 진공에는 높은 전계 [19]강도에서 이론적인 비선형 양자 효과가 있다.

다음 표에 일반적인 값을 나타냅니다.

일부 일반적인 용제의 저주파 상대 유전율
용제 상대 유전율 온도
C6H6 벤젠 2.3 298 K(25 °C)
Et2O 디에틸에테르 4.3 293 K (20 °C)
(CH2)4O 테트라히드로프랑(THF) 7.6 298 K(25 °C)
채널22 디클로로메탄 9.1 293 K (20 °C)
NH3(liq) 액체 암모니아 17 273 K(0°C)
쵸우25 에탄올 24.3 298 K(25 °C)
쵸우3 메탄올 32.7 298 K(25 °C)
채널32 니트로메탄 35.9 303 K (30 °C)
HCONMe2 디메틸포름아미드(DMF) 36.7 298 K(25 °C)
CH3CN 아세토니트릴 37.5 293 K (20 °C)
호2 물. 78.4 298 K(25 °C)
HCONH2 포름아미드 109 293 K (20 °C)

측정.

정적 유전율 θ는r 정적 전계에 대해 다음과 같이 측정할 수 있습니다. 먼저 테스트 캐패시터 C의0 캐패시턴스는 플레이트 사이에 진공이 있는 상태에서 측정됩니다.그런 다음 동일한 콘덴서와 그 판 사이의 거리를 이용하여 판 사이에 유전체를 가진 정전용량 C를 측정한다.그러면 상대 유전율은 다음과 같이 계산될 수 있습니다.

시간 가변 전자기장의 경우 이 양은 주파수에 의존하게 됩니다.간접적으로 θ를r 계산하는 기술은 무선주파수 S 파라미터 측정 결과의 변환이다.유전체의 주파수 의존성 θ를r 결정하기 위해 자주 사용되는 S 파라미터 변환에 대한 설명은 이 서지 소스에서 [20]찾을 수 있다.또는 고정 [21]주파수에서 공진 기반 효과를 사용할 수 있다.

적용들

에너지

상대 유전율은 캐패시터를 설계할 때 중요한 정보이며, 그 외의 상황에서 재료가 회로에 캐패시턴스를 도입할 것으로 예상되는 경우에는 필수적입니다.상대 유전율이 높은 물질을 전계에 배치하면 유전체의 부피 내에서 그 전계의 크기가 측정 가능하게 감소합니다.이 사실은 일반적으로 특정 캐패시터 설계의 캐패시턴스를 증가시키기 위해 사용됩니다.프린트 회로 기판(PCB)의 식각 도체 아래에 있는 층도 유전체로서 기능합니다.

의사소통

유전체는 Radio Frequency(RF; 무선주파수) 전송회선에 사용됩니다.동축 케이블에서는 중심 도체와 외부 실드 사이에 폴리에틸렌을 사용할 수 있다.도파관 안쪽에 배치하여 필터를 형성할 수도 있습니다.광섬유는 유전체 도파로의 예입니다.이들은 단면 내에서 θ의r 정확한 값을 제어하기 위해 의도적으로 불순물을 도핑한 유전체 재료로 구성되어 있다.이는 재료의 굴절률을 제어하며, 따라서 투과 광학적 모드도 제어합니다.단, 이러한 경우 정전 한계에서는 동작하지 않기 때문에 기술적으로 중요한 것은 상대 유전율입니다.

환경

공기의 상대 유전율은 온도, 습도 및 기압에 [22]따라 변화합니다.상대 유전율 변화로 인한 정전용량 변화를 감지하도록 센서를 구성할 수 있습니다.기압이 상당히 안정적이기 때문에 이러한 변화의 대부분은 온도와 습도의 영향 때문입니다.측정된 온도와 함께 캐패시턴스 변화를 사용하여 엔지니어링 공식을 사용하여 상대 습도를 구할 수 있습니다.

화학

용제의 상대적 정적 유전율은 화학적 극성의 상대적인 측정값입니다.예를 들어 물은 매우 극성이며 20°C에서 상대적인 정적 유전율이 80.10인 반면, n-헥산은 비극성이며, 20°[23]C에서 상대적인 정적 유전율은 1.89이다.이 정보는 분석 화학에서 분리, 샘플 준비 및 크로마토그래피 기법을 설계할 때 중요합니다.

그러나 상관관계는 주의해서 다루어야 한다.예를 들어 디클로로메탄은 9.08(20°C)의r 값을 가지며 물에 잘 녹지 않는다(20°C에서 13 g/L 또는 9.8 mL/L). 동시에 테트라히드로프랑은 22r°C에서 = 7.52이지만 물과 완전히 혼합된다.테트라히드로프랑의 경우 산소 원자는 수소 결합 수용체 역할을 할 수 있지만 디클로로메탄은 물과 수소 결합을 형성할 수 없습니다.

이는 아세트산(6.2528)[24]과 요오도에탄(7.6177)[24]의 γr 값을 비교할 때 더욱 두드러진다.두 번째 경우에는 요오드 원자가 편광되기 쉽기 때문에 큰 수치인 δ는r 놀랄 일이 아니다. 그러나 이것은 요오드 원자가 편광된다는 것을 의미하지는 않는다(이 경우 전자 편광성이 방향 편광성보다 우세하다).

손실 매체

절대 유전율의 경우와 마찬가지로 손실 재료의 상대 유전율은 다음과 같이 공식화할 수 있습니다.

"유전체 전도율"의 관점에서 (단위 S/m, 미터당 지멘스) "물질의 모든 산란 효과를 합한 값이다. 전하 운반체 이동으로 인한 실제 [전기] 전도율을 나타낼 수 있으며, 또한 δδ[실제값 유전율]의 분산과 관련된 에너지 손실을 나타낼 수도 있다"([16]p 8).각 주파수 θ = 2µc / θ 및 전기 상수 θ0 = 1 / µc를02 확장하면 다음과 같이 감소합니다.

여기서 θ는 파장, c는 진공 상태에서의 빛의 속도이며 θ = θc0 / 2µ = 59.95849 δ 0 60.0 Ω은 새로 도입된 상수이다(θ = θ = remainsr ε less less less less less less less less less less less less ） 。

금속

유전율은 일반적으로 유전체 재료와 관련되어 있지만, 금속은 실제 상대 유전율이 [25]1과 동일한 유효 유전율을 갖는 것으로 설명됩니다.무선주파수에서 원적외선, 테라헤르츠 영역에 이르는 저주파수 영역에서 전자파수의 플라즈마 주파수가 전자파 전파 주파수보다 훨씬 크기 때문에 금속의 굴절률 n은 거의 허수에 가깝다.저주파수 영역에서 유효 상대 유전율도 거의 순전히 허구입니다.전도도와 관련된 매우 큰 가상값과 상대적으로 미미한 [26]실제값을 가지고 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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