유전체

요약 정전기장을 가할 때 전기편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이다. 이는 전기장 속에 놓인 유전체 내부에서 무극성분자나 유극성분자 모두 전기쌍극자모멘트를 형성하여 주위의 전기장을 일정량 상쇄시키기 때문이다.

전기의 절연체를 전기장 내에 놓았을 때 표면에 전하(電荷)가 유기되는 현상이 있는데, 이러한 관점에서 절연체를 다룰 때 이것을 유전체라 하고, 표면에 나타나는 전하를 편극전하(偏極電荷)라 한다. 1837년 M.패러데이가 콘덴서의 극판(極板) 사이에 절연물을 끼우면 전기용량(電氣容量)이 증가하는데, 그것을 끼우기 전후의 전기용량의 비가 절연물의 종류에 따라 결정되는 데서 발견했다.

이 현상을 생성하는 메커니즘은, 자성체의 자기화(磁氣化)와 마찬가지로 전기장의 작용에 의해서 무극성분자에서는 분자 내의 양·음의 전하가 어긋나고, 유극성분자에서는 쌍극자모멘트의 방향이 가지런해져서 물질이 전체적으로 전기쌍극자모멘트를 가지게 되고, 이것이 콘덴서의 극판에서 전하의 작용을 얼마간 상쇄하기 때문이라는 것이 밝혀졌다.

유전체에 생기는 단위부피당 쌍극자모멘트 P와 전기장의 세기 E와의 비 P/E를 이 유전체의 편극률(偏極率)이라 하고, 이것을 콘덴서의 극판 사이에 넣었을 때와 넣지 않았을 때의 전기용량의 비를 물질의 유전율(誘電率)이라고 한다.

이 용
콘덴서의 전기용량을 증가시키기 위해 옛날부터 이용되어 온 것에는 운모(마이카 콘덴서)·파라핀(종이콘덴서) 등이 있다. 또, 절연성은 높지 않으나 유전체를 극히 얇게 함으로써 전기용량을 높일 수 있는 산화알루미늄을 이용한 전해(電解)콘덴서, 유전율이 큰 산화티탄자기(磁器)를 사용한 자기콘덴서 등도 있다. 일반적으로 액체나 고체의 유전율은 2∼10 정도이지만, 로셸염·티탄산바륨 등은 특정한 온도범위에서 수백∼수천이라는 큰 유전율을 보인다.

이와 같은 유전체를 강유전체(强誘電體)라 하는데, 강자성체와 마찬가지로 히스테리시스현상[履歷現象]을 보이며, 전기장을 변화시킴으로써 일종의 히스테리시스손실(損失)이 발생한다. 이런 종류의 히스테리시스손실을 비롯하여 교류전압을 가했을 때 발생하는 이른바 유전손실(誘電損失)을 이용하는 것이 고주파가열(高周波加熱)이다. 또, 등방성(等方性) 물질에서는 전기장의 방향과 편극의 방향이 일치하지만 비등방성[異方性] 결정은 일치하지 않으며, 특히 대칭성이 적은 결정에서는 기계적인 압력을 가하면 편극이 생긴다. 이와 같이 압력에 의해서 생기는 편극전하를 압전기(壓電氣)라 하며, 초음파발진자(超音波發振子)를 비롯하여 많은 방면에 이용되고 있다.