18.19 전기장 벡터와 분극

커패시턴스 현상을 설명하는 가장 좋은 방법 중 하나는 전기장 벡터(field vector)를 이용하는 것이다.

쌍극자_dipole

• 쌍극자: 양전하와 음전하의 분리
  • 영구 쌍극자: 극성 분자 내의 쌍극자
  • 변동 쌍극자: 전하 분포의 변동에 의한 쌍극자
• 전기 쌍극자 모멘트(p): $\overrightarrow{p}=q\overrightarrow{d}$
• 유전변위(dielectric displacement):
  • 표면 전하 밀도, 커패시터 박막 단위면적당 전하량은 전기장에 비례한다.
  • 진공: $D_0=ε_0E$
  • 유전체 재료: $D=εE=ε_0E+P,\ P=ε_0(ε_r-1)E$
• 외부 전기장에 의한 쌍극자 모멘트: $\overrightarrow{τ}=\overrightarrow{p}×\overrightarrow{E}$

분극_polarization

유전체는 유동적인 전하를 갖고 있지 않지만, 전기장 아래에서 분극화된다.

• 분극: 외부 전기장에 의한 쌍극자 배열 과정
  • 단위 부피당 쌍극자 모멘트
  • $\overrightarrow{P}=N\overrightarrow{p},\ N: 단위 부피당 쌍극자의 수$
• 미시적 관점에서의 분극
  • 극성 재료는 영구 쌍극자에 의해 정렬된다.
  • 비극성 재료는 전기장 하에서만 쌍극자가 발생하여 정렬된다.
  • 유전체는 전기장의 세기를 감소시킨다: 외부에서 작용한 전기장(E₀)은 유전체를 분극화시키고, 분극화된 유전체는 유도 전하(표면 전하)를 발생시칸다. 이렇게 발생한 유도 전하는 내부 전기장(E_d)을 발생시키고 이것은 전체 전기장을 감소시키는 역할을 한다.

    분극의 유형은 18-20장을 참고