18.18 커패시턴스

유전체_dielectric

전기적으로 절연 특성을 보이면서 동시에 전기적 쌍극자(electric dipole) 구조를 보이거나 또는 보이도록 만들어진 재료

• 유전체와 절연체
  • 현실적으로 유전체와 절연체는 동일한 의미를 가진다.
  • 자세히 따지자면, 절연체가 유전체에 포함된다고 볼 수 있다.
  • 서로 다른 개념에서 출발했으며, 맥락에 따라 다른 단어를 사용한다.
  • 유전체: 전기장 내에서의 특성을 설명할 때 사용, 분극화 현상에 관계가 있다.
  • 절연체(부도체): 전기 전도도가 낮음을 나타낼 때 사용한다.
• 유전 파괴(dielectric breakdown)
  • 유전체에 유전 강도 이상의 전류가 걸려 유전체가 파괴되는 현상
• 파괴 전압(dielectric breakdown)
  • 절연체가 절연체의 기능을 상실하고 전류가 절연체를 통해 흐르게 되는 전위-전하 기울기
  • 일반적인 범위: 1~100 MV/m

커패시턴스_capacitance

• 커패시터[축전기, capacitor]
  • 전하를 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치
  • 두 도체판이 떨어져 있는 구조로 되어 있고, 주로 사이에 유전체가 들어있다.
  • 영미권에서 콘덴서(condenser)라고도 불린다.
• 커패시터의 활용
  • 에너지를 저장하는데 특화되어있다.
  • 반도체 산업에서 중요한 지위를 가진다.
• 커패시턴스[정전용량, capacitance]
  • 커패시터에 전하를 저장하는 능력
  • SI단위: F[패럿, farad]
  • $C=\frac{Q}{V}\ [\frac{C}{V}=F]$
• 진공 상태에서 평행판 커패시터의 커패시턴스
  • $C=\frac{Q}{V}=ε_0\frac{A}{d}$
  • $ε_0: 진공유전률=8.85×10^{-12}F/m$
• 유전상수[상대 유전율, dielectric constant]
  • 유전체가 있는 평행판 커패시터의 커패시턴스
  • 어떤 물질의 유전율과 진공 유전율 사이의 비율
  • $C=\frac{Q}{V}=ε_0ε_r\frac{A}{d}$
  • $ε_r=\frac{ε}{ε_0}$
  • 같은 전압이 걸릴 경우 ε_r이 높을 수록 많은 전하가 모인다.
    • Q=ε_rQ₀
  • 같은 전하가 모일 경우 ε_r이 높을 수록 전압이 낮아진다.
    • V=V₀/ε_r