Electric Polarization   전기 분극, 전기 편극

(2022-11-04)

Dielectric Polariation, 유전 분극, Intensity of Polarization, 분극 세기, 전기 분극도, 전기 편극도, Electric Susceptibility, 전기 감수율, 전기 분극률


1. 전기 분극 (Electric Polarization, 분극:分極 또는 편극:偏極)

  ㅇ 어떤 물질(유전체/절연체)이, 외부 전계에 의해, 
     - 중성의 원자,분자 등에 붙어있는 속박 전하의 음,양 전하 중심이 약간 변위되어,
     - `전기쌍극자`가, 유도되거나, 방향성을 갖으면,
     - 이것을 분극 되었다고도 함

  ㅇ 여기서, 전기쌍극자 모멘트 이란?
     - `2개의 이종 극으로 구성된 계` (전기적 대칭구조)로써, 외부세계와 상호작용할 수 있는 물리량
        
        . 즉, 전하의 미시적 비 균등성 분포 (방향성 있는 배치)를 나타내는 벡터량
        . 분자적 척도에서, 그 크기는 Debye (음,양 전하량 x 떨어진 거리) [D]로 주어짐


2. 전기 분극 현상

  ※ 외부 인가 전계에 의해, 전기쌍극자 형태로 정렬되는 물리적 현상

  ㅇ (영향)  물질 내 전기적인 분극 현상은,
     - 그 공간에서 전기장의 변화,  효과, 열 효과 등을 초래함
        . 전기장 변화 : 외부 전계에 의해 속박 전하변위(분극)에 의해 그 공간전기장이 달라짐
        .  효과 : 외부 전계에 의해 물체의 변형 초래, 흡인력 등   ☞ 압전효과, 마찰전기 등 참조
        .  효과   ☞ 열전효과 등 참조

  ㅇ (구분)  물질 내 전기분극 현상의 구분
     - 물질 내 미시계(원자,분자 등)에서 분극 형태에 따른 구분
        . 변위성 분극 (displacement) : 전자 분극, 이온 분극
        . 방향성 분극 (orientation)  : 배향 분극


3. 전기 분극 세기의 정량화  :  (분극도 또는 편극도)

  ㅇ 전기 분극도, 분극 세기, 분극 크기 (Intensity of Polarization) :  P (분극 벡터량)
     - 어떤 구역내 단위 체적당 유기되는 전기쌍극자모멘트
        . 또는, 단위 면적당 분극되는 전하량
     * 즉, `분극도/분극세기/분극크기` = `전기쌍극자모멘트밀도` 
          
     - 단위 : [C/㎡]


4. 전기 분극 능력의 정량화  :  (분극률)

  ㅇ 전기 분극률, 전기 감수율, 전화율, 대전율 (Polarizability,Electric Susceptibility)  χe
     - 유전체가 외부 전기장에 얼마나 감응이 되는가의 능력 비율
         
[# \mathbf{P} = \alpha \mathbf{E} = \epsilon_o \chi_e \mathbf{E} = \epsilon_o(\epsilon_r - 1) \mathbf{E} = (\epsilon - \epsilon_o) \mathbf{E} #]
. {# \alpha = \epsilon_o \chi_e #} : 분극성 계수 (원자,분자 내부 구조에 따라 정해짐) . {# \epsilon #} : 유전율, {# \epsilon_o #} : 진공 유전율, {# \epsilon_r #} : 비 유전율 . {# \chi_e = \epsilon_r - 1 #} : 분극율 (유전체에서 분극율이 클수록 분극도는 커짐) - 단위 없음 5. 전기 분극과 타 전기량과의 관계 : 분극과 전속밀도와의 관계D = εE = ε0εrE = ε0(1+χe)E = ε0E + P [C/㎡] - 한편, ε = ε'- jε˝= ε0(1+χe) . (ε: 복소 유전율, χe: 복소 전기 분극률) ※ 위 식에서, 외부 전계 E는, 유전체 내부에 전속밀도 D를 증가시킴 - 즉, 자유공간 전속밀도 ε0E에 부가적으로, 그 내부에 전기다이폴모멘트를 일으켜, - 전체적으로, 전기 분극 P를 발생(생성) 시킴 6. 전기 분극의 특징 ㅇ 분극의 방향 : 외부 전계 방향과 같음 ㅇ 분극의 세기(분극도) : 외부 전계에 `비례 관계`를 보임 - 보통의 유전체들은, 전기분극 P가 외부 전기장 E에 직접(선형적으로) 비례함 . 즉, 선형 매질 => 선형적인 관계 => P = ε0χeE ㅇ 단, 강유전체는, 특정 온도 범위에서, 자발 분극을 갖으며, - 분극 방향이 외부 전기장 극성에 따라 반전될 수 있음



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