개념 한 쪽
전기기능장 유전체 — 비유전율·전자분극과 콘덴서 정전용량
유전체는 전하를 직접 통과시키지는 않으면서 전기적 성질을 바꾸는 물질이다. 두 전하 사이에 유전체를 넣으면 힘이 비유전율만큼 줄고, 콘덴서 극판 사이에 넣으면 정전용량이 커진다. 유전체의 분극과 절연 파괴 시험 방법도 함께 묻는다.
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뜻
비유전율은 진공 중의 전기력을 매질 중의 전기력으로 나눈 값이다. 공기 중 두 점전하 사이의 힘이 0.5N이었는데 종이를 채운 뒤 0.2N으로 줄었다면 비유전율은 0.5를 0.2로 나눈 2.5가 된다. 힘은 비유전율에 반비례하므로 비유전율이 큰 매질일수록 두 전하 사이의 힘은 작아진다.
동일 규격 콘덴서의 극판 사이에 유전체를 넣으면 정전용량이 증가하고, 같은 전압을 가할 때 전계의 강도는 감소한다. 평행판 콘덴서의 정전용량은 극판 면적에 비례하고 극판 간격에 반비례하며, 유전체의 비유전율을 곱해 구한다. 극판 면적 10cm², 간격 1mm, 비유전율 2.5에 100V를 가하면 전하량은 약 2.2nC가 된다. 반지름 30cm인 원판 전극, 간격 0.1cm, 비유전율 4인 평행판 콘덴서의 정전용량은 0.01μF이다.
전자분극은 외부 전계에 의해 전자운과 원자핵이 상대적으로 변위하면서 일어난다. 전하의 이동이 아니라 전하 분포가 치우치는 현상이라는 점이 도체의 전도와 다르다.
고체 유전체의 파괴시험을 기름 중에서 하는 이유는 시료의 표면을 따라 일어나는 섬락을 방지하기 위해서이다. 표면 방전이 끼어들면 유전체 자체의 절연 내력을 제대로 재기 어렵기 때문이다.
예제
선지 판단은 비유전율을 진공 중 힘과 매질 중 힘의 비로 계산하는지, 유전체 삽입 뒤 정전용량 증가와 전계 강도 감소를 함께 읽는지, 전자분극의 원인을 외부 전계에 의한 전자운과 핵의 상대 변위로 고르는지, 고체 유전체 파괴시험을 기름 중에서 하는 까닭을 표면 섬락 방지로 고르는지에서 갈린다. 정전용량 계산 문제는 면적과 간격의 단위를 m와 m²로 맞춘 뒤 대입한다.
자주 묻는 물음
- 비유전율은 어떻게 구하나요?
- 진공 중의 전기력을 매질 중의 전기력으로 나눈 값입니다. 공기 중 0.5N이 종이를 채운 뒤 0.2N으로 줄었다면 0.5 ÷ 0.2 = 2.5가 됩니다. 힘은 비유전율에 반비례합니다.
- 콘덴서 극판 사이에 유전체를 넣으면 어떻게 되나요?
- 정전용량이 증가하고, 같은 전압에서 전계의 강도는 감소합니다. 평행판 콘덴서에서는 극판 면적에 비례하고 간격에 반비례하는 값에 비유전율을 곱해 정전용량을 구합니다.
- 고체 유전체의 파괴시험을 기름 중에서 하는 이유는 무엇인가요?
- 시료의 표면을 따라 일어나는 섬락을 방지하기 위해서입니다. 표면 방전이 함께 일어나면 유전체 자체의 절연 내력을 정확히 잴 수 없으므로, 절연성이 좋은 기름 속에 담가 시험합니다.
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