分極とは、外部電場が印加されたときの誘電体または絶縁体内部の電場の誘導または電荷の再配置です。電荷は、正電荷が負電極に向かって引き寄せられ、負電荷が正電極に向かって引き寄せられるように配置されます。これは、嫌いな電荷同士が引き合い、好きな電荷同士が反発するためです。絶縁体の電荷は不動であるため、誘電体がある場合、分極によってコンデンサにエネルギーが蓄えられます。
より多くの分極力を持つ物質は、より多くの電荷を蓄えることができます.したがって、この材料を誘電体として使用すると、コンデンサに蓄えられる電荷とエネルギーも高くなります。
偏光度
材料の分極度は、印加された電場 E と誘電率 K に依存します。分極、誘電率、電場の関係は次のように表されます
P=ℇ0(K-1)E
誘電体の全分極は、電子変位 Pe、永久双極子配向 Pd、イオン変位 Pi、および空間電荷変位 Ps の合計です。
Pt=Pe + Pi + Pd + Ps
誘電体とは?
誘電体は、非導電性または絶縁性の材料です。それらは電気の悪い導体です。誘電体の電荷は不動であるため、外部フィールドが適用されたときに電荷を維持し、分極することができます。誘電体材料の例には、マイカ、ガラス、ポリマー、磁器、金属酸化物などがあります。乾燥した空気も誘電体です。
分子の分類
極性分子:
極性分子は、一方の端が電気的に正で、もう一方の端が電気的に負です。これは、共有結合が電気陰性度の異なる 2 つの分子を結合するときに発生します。分子は極、正と負の極を形成します。これらの分子は双極子モーメントを持ち、外部電場が印加されると整列します。たとえば、水分子、HF 分子、HCl 分子などです。
非極性分子:
これらの分子は、結合した原子間に電気陰性度の差がない場合に形成されます。これらの分子の双極子モーメントもゼロです。これらの分子の例は、O2、N2、および H2 です。
誘導電気双極子モーメント
外部電場が無極性物質に印加されると、電子と陽子が配置され、陽子または正電荷が負極に向かって整列し、電子または負電荷が整列します。正極に向かって。このプロセスは、内圧が平衡するまで続きます。この構成により、誘電材料内に電界が誘導されます。この場が誘導電場で、双極子モーメントが誘導双極子モーメントです。
分極率
すべての物質は電子と陽子で構成されています。それらに外部電場が印加されると、それらは分離され、それらの内部に誘導電場が生成されます。物質のこの能力は、分極率として知られています。この特性は、外部電場と材料の誘電率に依存します。分極率を使用して、材料の誘電率と屈折率を計算できます。
外部から印加される磁場は、温度に依存せず、誘導された双極子モーメントに比例します。材料の誘導された双極子モーメントの方向は、印加された電場の方向と同じです。
固体の分極率は、水晶セルの単位体積あたりの双極子モーメントとして定義され、数学的には次のように記述できます:
P =ℇ0 α E
ここで、α は原子の分極率を表し、E は電場を表します。分極率は一般に m3 で表されます。
電気分極
誘電体が分極すると、材料内に双極子モーメントが生成されます。これは、外部電界の存在下で発生します。このプロセスは電気分極として知られています。電気分極率は、その材料の単位体積あたりの双極子モーメントとして定義されます。
誘電率
誘電率または比誘電率は、自由空間の誘電率に対する物質の誘電率の比率です。また、誘電体のないコンデンサの電界と誘電体のあるコンデンサの電界の比として書くこともできます。
数学的には、次のように記述できます
ℇr=ℇ/ℇ0
誘電率が大きいほど、コンデンサに蓄えられる電荷が多くなります。プレート間のギャップが誘電体で満たされると、コンデンサの静電容量の大きさは誘電率の係数で増加します。
C =ℇr C0、C0 は誘電体がない場合のプレート間の静電容量を表します。
耐電圧
絶縁材料がその絶縁特性を失うことなく維持できる最大の電界強度は、その絶縁耐力として定義されます。
質問例
質問 1:コンデンサの電界の大きさは 30 V/m です。コンデンサのプレート間に挿入されている材料の誘電率は 3 です。分極の値を見つけます。
答え 1:
前提:
誘電率、ℇr=3
電界、E =30 V/m
感受性は次のように計算できます
Xe=ℇr− 1 =3 − 1 =2
偏光は、
P =Xe E
P =2 × 30
P =60 C/m2
したがって、分極は 60 C/m2 です。
結論
誘電分極とは、外部電界が導入されたときに、誘電体材料に電界が分極または誘導されるプロセスです。この記事では、誘電体の概念、その種類、分極について学びました。このトピックでは、分極のメカニズムとそれに関連する用語 (誘電強度、分極率、誘電率) についても説明します。
