比誘電率は、特定の誘電体材料の特性であり、誘電体材料に印加される単位電圧ごとに、誘電体材料の単位体積あたりに保存できる静的エネルギーを決定します。これは、コンデンサと静電容量の計算にとって非常に重要です。誘電率は、記号 ε (イプシロン) を使用して方程式内で表されます。誘電媒体の電気分極率を測定します。
通常、誘電率の高い材料は、誘電率の低い材料と比較して、印加された電場に応じてより高く分極します。したがって、それらは特定の材料内により多くのエネルギーを蓄えることができます。誘電率と誘電率はどちらも、与えられた目的のほとんどで同じ意味を持ちますが、これらの用語が異なる意味を持つ場合があります.
比誘電率
比誘電率の古い用語は、誘電率とも呼ばれます。いまだに頻繁に使用されていますが、最近では、多くの組織の標準がそのあいまいさのために非推奨になっています。以前のレポートでも、絶対誘電率 ε に使用されていました。誘電率は、多くの場合、静的な特性として好まれますが、周波数依存の特性として説明することもできます。比誘電率の値が複素数の場合、実数成分 ε’r を表すために比誘電率が使用される場合があります。
比誘電率は一般に ε で表されます r (ω ).
r()=()0,
ここで、() は材料の複素誘電率を表し、ε 0 は真空の誘電率を示します。
比誘電率は、一般に複素数値の無次元数です。その実部と虚部は
で与えられますr()=r,() –r,,()
媒質の比誘電率は、同じ媒質の電気感受率 χ にも関連しています。 へ として
ε r (ω ) =1 + χ へ
通常、異方性媒体 (例:非立方晶) は、2 階テンソルとして比誘電率を持ちます。周波数が 0 の材料の比誘電率は、多くの場合、その静的な比誘電率です。
相対静的誘電率 ε r 、通常、静電界の測定に使用されます。最初に、特定のコンデンサの静電容量 C 0 は、コンデンサ プレート間の真空によって測定されます。この後、同じコンデンサとそのプレート間の同じ距離を使用して、コンデンサのプレート間に誘電体を配置することによって静電容量 C を測定します。比誘電率は次のように計算されます
r=CC0.
上記の量は、時変電磁界の周波数依存に変換されます。
比誘電率の応用
比誘電率は、コンデンサを設計するために必要な情報であり、材料が回路に静電容量を誘導すると予想されるさまざまな条件や状況で必要となります。誘電率の高い特定の材料が電場に置かれているとします。この電磁界の値または大きさは、その特定の誘電体の体積内にある間、引き下げられるものとします。この事実は、特定のコンデンサ設計の静電容量を上げるためによく使用されます。プリント回路基板のこれらのエッチングされた導体の下とその上の層は、誘電体として機能します。
溶媒の比誘電率を使用すると、溶媒の化学的極性を十分に近似できます。たとえば、水は非常に極性の高い溶媒であり、293 ケルビンの温度での水の相対静的誘電率は 80.10 です。比較すると、同じ 293 ケルビンでの非極性溶媒である n-ヘキサンの相対静的誘電率は 1.89 です。この事実は、さまざまなタイプのクロマトグラフィー技術を作成するために使用されます。
比誘電率は、クロマトグラフィー テストを通じて材料を識別するための優れた尺度となりますが、相関関係は注意して扱う必要があります。そのような例外の例は、ジクロロメタンとテトラヒドロフランです。 296 ケルビンでは、ジクロロメタンの相対静的誘電率は 9.08 です。それは水に非常に不溶です。しかし、テトラヒドロフランの場合、295 ケルビンでの相対静的誘電率は 7.52 です。したがって、テトラヒドロフランも水に不溶でなければなりません。ただし、テトラヒドロフランは、分子内の酸素原子が水分子と水素結合を形成するため、水への溶解度が高くなります。
相対誘電率は、2 つのエンティティの分極率を比較するためにも使用できます。ただし、このような相関関係は慎重に扱う必要があります。たとえば、酢酸の比誘電率は 6.25、ヨードエタンの比誘電率は 7.62 です。ヨウ素原子は容易に分極します。ヨードエタンの比誘電率は酢酸の比誘電率よりも小さくなければなりません。しかし、そうではありません。
比誘電率の重要性
電場の中に比誘電率の高い物質が置かれているとします。誘電体が占める容積内の電場の大きさを測定すると、その容積内の電場が減少していることが観察できます。この特性は、容量を増やした特定のコンデンサ設計を作成する際に重要な役割を果たします。
比誘電率が大きいほど、材料の分極率が高いことを示します。より低い比誘電率は、材料が容易に分極できないことを示します。言い換えれば、材料を分極させるには、より高い電場が必要です。
結論
比誘電率の古い用語は、誘電率とも呼ばれます。いまだに頻繁に使用されていますが、最近では、多くの組織の標準がそのあいまいさのために非推奨になっています。以前のレポートでも、絶対誘電率 ε に使用されていました。誘電率は、多くの場合、静的な特性として好まれますが、周波数依存の特性として説明することもできます。比誘電率の値が複素数の場合、実数成分 ε’r を表すために比誘電率が使用される場合があります。
