| English | 의미 |
|---|---|
| dielectric/ˌdaɪɪˈlektrɪk/ | 유전체(매질) |
| polarised/ˈpəʊləraɪzd/ | 극화 |
| dielectric constant/ˌdaɪɪˈlektrɪk ˈkɒnstənt/ | 유전율(유전상수) |
판 사이에 절연체를 끼우면 더 많은 전하를 저장합니다
- 실제 축전기에서 극판 사이에 순수한 공기가 있는 것은 드물다.
- 절연판, 즉 유전체를 간격에 삽입한다.
- suddenly 같은 전압에서 동일한 축전기는 더 많은 전하를 저장하게 된다.
- 저렴한 절연판을 사용하면 정전 용량이 증가하고 더 높은 전압을 견딜 수 있게 된다.
유전체의 분극
- 극판의 전기장이 판의 분자들에 작용하여 일렬로 배열시킨다.
- 각 분자는 작은 $+/-$ 쌍이 되어, 판은 분극(polarised) 상태가 된다.
- 이 일렬로 배열된 전하들은 극판의 전기장과 반대 방향으로 자체적인 전기장을 생성한다.
- 극판 사이의 합성 전기장은 약해진다.
유전체가 극화되어 판 사이의 장을 약화시킴.
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정렬된 전하가 판의 장에 반대되어 합계 장을 약화시킴.
정전 용량의 κ배 증가
- 약해진 전기장은 같은 전하량에 대해 더 낮은 전압을 의미하므로, $C$가 상승한다.
- $C = \kappa C_0$는 $\kappa$(유전 상수, ($\kappa > 1$)) 배만큼 커진다.
- 공기의 경우 약 $1$; 플라스틱은 $2$~$5$; 일부 세라믹은 수백에 달한다.
- 유전체 판 $\kappa = 3$을 삽입하면 정전 용량이 세 배가 됩니다.
유전체 추가
동일한 전압에서 더 많은 전하를 저장하는 것은 더 큰 정전 용량을 의미함을 확인.
유전 상수 $\kappa$인 유전체를 삽입하면 정전용량은 다음과 같이 변화합니다:
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$C = \kappa C_0$배가 되며, $\kappa > 1$이 증가하므로 정전 용량이 상승함.
$5\ \mu\text{F}$ 정전 용량의 콘덴서에 $\kappa = 4$ 유전체를 삽입할 때, 새로운 정전 용량(μF)을 구하시오.
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$C = \kappa C_0 = 4 \times 5 = 20\ \mu\text{F}$.
모든 실제 유전체에 대해 상수 $\kappa$는 항상 ____보다 큼.
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모든 유전체에 대해 $\kappa > 1$이므로, 항상 $C$을 증가시킵니다.
세 가지 유용한 효과
- 더 큰 $C$ — 볼트당 저장되는 전하량이 증가한다.
- 같은 전하량 내에서 약한 전기장 — 방전(스파크) 가능성이 줄어든다.
- 높아진 파괴 전압 — 아크 현상이 발생하기 전에 더 많은 전압을 견딜 수 있다.
- 절연판은 물리적으로도 극판 사이를 지지하여 분리시키는 역할을 한다.
유전체 추가 시 발생하는 효과 중 모든 참인 것을 선택하십시오.
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유전체는 C를 증가시키고 장을 약화시키며 파괴 전압을 상승시킴.
두 가지 경우: 배터리 연결 또는 단락
- 배터리 연결 중 ($V$ 고정): $C$이 증가하므로 전하 $Q = CV$가 증가한다.
- 배터리 제거 후 ($Q$ 고정): $C$이 증가하므로 전압 $V = Q/C$가 감소한다.
- 변화 예측 전, 어떤 양이 고정되어 있는지 확인하라.
- 동일한 절연판이지만, $V$와 $Q$에 미치는 영향은 반대이다.
배터리가 계속 연결된 상태($V$ 고정)에서 유전체를 삽입하면, 저장된 전하량은:
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$V$가 고정되고 $C$이 증가하면, $Q = CV$이 증가함.
축전기에 $C_0 = 4\ \mu\text{F}$가 있고, $\kappa = 3$의 유전체가 삽입되었다고 가정하자.
- 새로운 정전 용량: $C = \kappa C_0 = 3 \times 4 = 12\ \mu\text{F}$.
- 여전히 배터리와 연결되어 있다면 저장된 전하 역시 세 배가 됩니다.
$V$나 $Q$를 예측하기 전에 배터리가 여전히 연결되어 있는지 결정하십시오. 배터리 켜짐 → $V$ 고정, $Q$ 증가. 배터리 꺼짐 → $Q$ 고정, $V$ 감소. 이 두 경우를 혼동하는 것이 유전체의 전형적인 오류입니다.
유전체 판이 극화되어 장을 약화시키므로 정전 용량이 증가합니다: $C = \kappa C_0$는 유전 상수 $\kappa > 1$를 가집니다. 이는 파전 전압도 높입니다. 배터리가 연결된 상태에서는 $Q$가 증가합니다 ($V$ 고정); 연결이 끊긴 상태에서는 $V$가 감소합니다 ($Q$ 고정).