材料は、導体、絶縁体、および 半導体 それらの導電特性に基づいています。すべての材料は分子で構成されており、分子は原子で構成されています。電界にさらされると、材料内のこれらの原子は特定の変位と特性の変化を受けます。 1745年10月、ドイツのEwald Georg von Kleistが、高圧静電発電機を手持ちの瓶に集めた大量の水にワイヤーを使って接続する実験を行ったところ、電荷を蓄えることができることがわかりました。この現象を利用して、ピーテルファンムッシェンブロークは「ライデン瓶」と呼ばれる最初のコンデンサを発明しました。本発明を裏付ける新しい材料特性は「誘電体」であった。
誘電体とは何ですか？
すべての材料は原子で構成されています。原子には、負に帯電した粒子と正に帯電した粒子の両方が含まれています。原子の中心核は正に帯電しています。どの材料でも、原子は次のように配置されます 双極子 その端に正と負の電荷で表されます。これらの材料が電界にさらされると、双極子モーメントが発生します。
電気が印加されると、導体材料が導電を開始します。絶縁体は、その構造内に自由に動く電子がないため、電気の流れに対抗します。しかし、誘電体は、電気を通さないが、電気にさらされると分極する特殊なタイプの絶縁体です。
誘電体分極
誘電体材料では、電界にさらされると、材料に存在する正電荷が印加電界の方向に変位します。負電荷は、印加された電界と反対の方向にシフトします。これは誘電分極につながります。誘電体材料では、電荷は材料を通って流れません。分極により、誘電体の全体的な電界が減少します。
誘電体の特性
誘電体という用語は、WilliamWhewellによって最初に導入されました。 「Dia」と「electric」の2つの単語の組み合わせです。完全な誘電体の電気伝導率はゼロです。誘電体は、理想的なコンデンサと同様に電気エネルギーを蓄積および放散します。誘電体材料の主な特性には、電気感受率、誘電分極、誘電分散、誘電緩和、調整可能性などがあります。
電気感受率
電界にさらされたときに誘電体がどれだけ容易に分極できるかは、電気感受率によって測定されます。この量は、材料の透磁率も決定します。
誘電分極
電気双極子モーメントは、システム内の負電荷と正電荷の分離の尺度です。双極子モーメント（M）と電界（E）の関係により、誘電体の特性が生じます。印加された電界が除去されると、原子は元の状態に戻ります。これは指数関数的減衰の方法で発生します。原子が元の状態に達するまでにかかる時間は、緩和時間と呼ばれます。
全分極
誘電体の分極を決定する2つの要因があります。それらは、双極子モーメントの形成と電界に対するそれらの配向です。基本双極子タイプに基づいて、電子分極またはイオン分極のいずれかがあります。電子分極Pです双極子モーメントを形成する誘電体分子が中性粒子で構成されている場合に発生します。
イオン分極P私と電子分極は両方とも温度に依存しません。異なる原子間で電荷が非対称に分布している場合、分子内に永久双極子モーメントが生成されます。このような場合、配向分極Pまたは観察されます。誘電体材料に自由電荷が存在する場合、それは空間電荷分極Pにつながりますs。誘電体の全分極には、これらすべてのメカニズムが関係しています。したがって、誘電体の全分極は次のようになります。
P合計= P私+ Pです+ Pまたは+ Ps
誘電分散
Pが誘電体によって達成される最大分極である場合、trは特定の分極プロセスの緩和時間であり、誘電分極プロセスは次のように表すことができます。
“変圧器巻線計算式pdf ”
P（t）= P [1-exp（-t / tr）]
緩和時間は、分極プロセスによって異なります。電子分極は非常に速く、イオン分極がそれに続きます。配向分極はイオン分極よりも遅いです。空間電荷の分極は非常に遅いです。
絶縁破壊
より高い電界が印加されると、絶縁体は導電性を開始し、導体として動作します。このような条件では、誘電体材料は誘電特性を失います。この現象は絶縁破壊として知られています。それは不可逆的なプロセスです。これは誘電体の故障につながります。
誘電体の種類
誘電体は、材料に存在する分子のタイプに基づいて分類されます。誘電体には、極性誘電体と非極性誘電体の2種類があります。
極性誘電体
極性誘電体では、正の粒子の重心は負の粒子の重心と一致しません。ここに双極子モーメントが存在します。分子の形状は非対称です。電場が適用されると、分子は電場と整列します。電界が除去されると、ランダムな双極子モーメントが観察され、分子の正味の双極子モーメントはゼロになります。例としては、H2O、CO2などがあります…
非極性誘電体
非極性誘電体では、正の粒子と負の粒子の重心が一致します。これらの分子には双極子モーメントはありません。これらの分子は形状が対称です。非極性誘電体の例は、H2、N2、O2などです…
誘電体の例
誘電体は、固体、液体、気体、および真空にすることができます。固体誘電体は、電気工学で非常に使用されています。販売されている誘電体の例としては、磁器、セラミック、ガラス、紙などがあります。乾燥空気、窒素、六フッ化硫黄、さまざまな金属の酸化物などがガス状誘電体の例です。蒸留水、変圧器油は液体誘電体の一般的な例です。
誘電体の用途
誘電体の用途のいくつかは次のとおりです-
- これらは、のエネルギー貯蔵に使用されます コンデンサ 。
- 半導体デバイスの性能を向上させるために、高誘電率の誘電体材料が使用されています。
- 誘電体はで使用されます 液晶ディスプレイ。
- セラミック誘電体は、誘電体共振器発振器で使用されます。
- チタン酸バリウムストロンチウム薄膜は誘電体であり、マイクロ波チューナブルデバイスで使用され、高いチューナビリティと低いリーク電流を提供します。
- パリレンは工業用コーティングに使用され、基材と外部環境の間のバリアとして機能します。
- 電気で トランスフォーマー 、鉱油は液体誘電体として使用され、冷却プロセスを支援します。
- ヒマシ油は、静電容量値を上げるために高電圧コンデンサに使用されます。
- 特別に処理された誘電体であるエレクトレットは、磁石と同等の静電気として機能します。
よくある質問
1）。コンデンサでの誘電体の使用は何ですか？
コンデンサに使用される誘電体は、電界を減少させるのに役立ち、それによって電圧が減少し、それによって静電容量が増加します。
2）。コンデンサに広く使用されている誘電体はどれですか？
コンデンサには、ガラス、セラミック、空気、雲母、紙、プラスチックフィルムなどの誘電体が広く使用されています。
3）。どの材料が最も高い絶縁耐力を持っていますか？
完全な真空は、最高の絶縁耐力を持っていることが注目されています。
4）。すべての絶縁体は誘電体ですか？
いいえ、誘電体は絶縁体として動作しますが、すべての絶縁体が誘電体であるとは限りません。
したがって、誘電体はコンデンサの重要な部分を形成します。優れた誘電体材料は、優れた誘電率、絶縁耐力、低損失係数、高温安定性、高い貯蔵安定性、優れた周波数応答を備え、工業プロセスに修正可能である必要があります。誘電体は、高周波電子回路でも重要な役割を果たします。材料の誘電特性を測定すると、その電気的または磁気的特性に関する情報が得られます。誘電率とは何ですか？
