2013. 11. 15 전 호 엽 / 산업대학원 전기공학과 / 2012504002

1. 전기물성 특론 Chap. 2 Dielectric Properties of Insulators in Static Fields. 2013. 11. 15 전 호 엽/ 산업대학원 전기공학과 / 2012504002

2. 전기물성 특론 Contents Introduction 1 2 The static dielectric constant ( 유전율) Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율) Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율 ) 3 4

3. 전기물성 특론 • 유전체의 정의에 대해서 이해한다. • Zero frequency 상태 및 평판사이에서의 유전체에 대해서 이해. • 콘덴서의 용량 증가방안에 대하여 이해한다 • 전기쌍극자와분극에 대하여 학습한다 • Electric Energy에 대해서 간략하게 이해한다. • 추가적으로, 유전이론에 관한 근본적인 개념의 논의는 다음의 여러 장에서 다루어지는 토픽들의 이해에 도움을 줄 것이다. Introduction 1st

4. 전기물성 특론 • 유전율 • 축전지의 두 전극 사이에 유전체를 넣었을 경우와 • 넣지 않았을 경우(엄밀히는 진공일 경우)의 전기용량의 비율이다. • 즉, C/C0의 비이다. 유전체의 성질을 나타내는 기본상수이다. • 유전율 ε, 전기편극(電氣偏極) P, 전기변위 D, 전기장의 세기 E와의 사이에는 • D = E ＋ P = εE • MKSA 단위계에서는 특정한 차원과 수치가 정해지므로 • 절대유전율이라 하고, 진공에서의 유전율 ε0과의 비를 비유전율 • (상대유전상수)이라 한다. Introduction 1st

5. 전기물성특론 2nd The static dielectric constant ( 유전율) • 평판사이가 자유공간인 평행평판 Capacitor . C0 = Q0 / V • 평판사이에 판 형태의 절연물질이 삽입되면, 외부 전류가 형성되며 • 많은 전하가 판에 저장됨을 의미. • 평판사이의 전기장 E= -dv/dx = V/d 로 됨. • c) 평판사이에 매체를 삽입함으로써 정전용량이 증가됨.

6. 전기물성특론 부도체로 자유공간을 가지는 정전용량은 C = ε0. A / d 로 나타낸다. - ε0 : 순수한 유전율 - A : 판의 면적 - d : 평판간의 거리 만약 두 평판간에 물질이 있으면 그때의 정전용량은 단위전압당 전하의 전하의 저장능력인 εr 에 의해서 증가하게 된다. 이때 εr 은 물질의 유전상수, 또는 비유전율이라고 한다. εr = Q/Q0 = C/C0 정전용량이 증가하는 이유는 물질안의 양과 음의전하가 평형상태 위치에 관해 변위되어있는 물질의 분극때문이다. ( 저장된 전하의 증가는 전계에 의한 유전분극 때문). 2nd The static dielectric constant ( 유전율)

7. 전기물성특론 콘덴서의 용량을 증가시키기 위해 • 서로 마주 보는 면적(A)이 넓도록 한다. • 극판 간격(l)을 작게 한다. • 적측형이나 두루마리형으로 만든다. • 수십 개의 소자를 병렬로 결선 • 극판간에 넣는 유전체를 비유전율(εr)이 큰 것으로 한다. 2nd The static dielectric constant ( 유전율) • 유전체 : 절연체 중에서 분극 현상이 일어나는 물체. • 전기가 통하려는 것을 막는다.

8. 전기물성특론 Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율) 3rd ** 쌍극자 모멘트 와 전자분극 전자 쌍극자 모멘트는 같은 크기의 Q 의 양과 음의 전하로 나누어진다. 만약 a가 음전하에서 양전하로 가는 벡터라면 전기쌍극자의 모멘트는 p = Q a 로 정의한다. • 전기 쌍극자 : 유전체 내에서 크기가 같고 극성이 반대인 +q[C]와 –q[C]의 1쌍의 전하를 가진는 원자

9. 전기물성특론 Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율) 3rd • E = 0 에서의 중성원자 • 전계에서의 쌍극자 유도 • < 전자분극의 발생>

10. 전기물성특론 유도쌍극자 모멘트는 분극을 가져오는 전계에 의존한다. 유도쌍극자 Pinduced이를 야기시키는 전계를 관련하기 위해 분극률이라는 α 를 정의한다. Pinduced = α E 7.1b 에서 전계E가 작용할때, 가벼운 전자들은 E의 반대방향으로 그의 중심 C가 원자핵에 대해서 X 거리만큼 이동하면서 변위된다. E에 의해 핵전하로부터 전자를 분리하려는 힘은 = Ze E 이다. 전자들과 원자핵간의 쿨롱 인력힘인 회복력 Fr 은 작은 변위 x에 대해 x에 비례한다. 회복력 힘 Fr은 C가 O (x=0)와 일치할때 명백히 영이다. Fr = - β x β : 상수, β x = Ze E 유도된 전기쌍극자 모멘트 Pe 크기는 Pe = ( Ze) x = β x 이다. Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율) 3rd

11. 전기물성특론 유전 분극 현상 • 유전체에 전기장을 가하면 전하의 배열이 규칙적이 되어 전기적 방향성을 띠게 되는 현상 • ( 즉, 전기장의 존재에 의해 유전체에 쌍극자 모멘트가 발생하는 것.) • 전기장이 없는 상태에서는 유전체 내부의 전기 쌍극자가 무질서하게 분포되어 절연체와 같은 성질을 가지고 있으나, 전극에 전압을 가하여 전기장이 발생하게 되면 쌍극자가 전기장의 방향으로 정렬이 된다. • 분극 현상이 강할수록(쌍극자 수가 많을수록) 유전율이 높아진다. • 분극 현상이 발생하게 되면 한쪽 전극에는 (+)전하가, 반대쪽에는 (-)전하가 밀집하게 되어 전기를 저장할 수 있는 것이다. Polarization and dielectric constant ( 분극작용 및 유전율) 3rd

12. 전기물성특론 Electron energy 4

13. 전기물성특론 Electron energy 4

14. 전기물성특론 Electron energy 4 태양전지 빛  전류와 전압이 생성  전력(electric power)을 얻을 수 있다. 이때 전기 에너지는 크게 두 과정에 의해 외부회로에 의해 공급되는데, 첫째 물질 내에서의 빛 흡수로 인해 전자는 보다 높은 에너지 상태로 이동하며, 둘째 이러한 높은 에너지의 전자가 태양전지로부터 외부회로로 이동한다. 외부회로 내에서 전자가 가진 에너지를 소비하고 다시 태양전지로 되돌아오게 된다.

15. 빛 ( 입사광 에너지 ) 전면전극 반사방지막 전자 부하 N 형 반도체 P 형 반도체 출력 전기 에너지 후면전극 정공 전기물성특론 Solar cell 이란? ▶ 태양광을 직접 전기로 변환하는 반도체 소자 광흡수 Electron energy 4 전하생성 전하분리 전하수집

16. 전기물성특론 ** I  Love You ? Inspirit warmth... 따뜻함을 불어 넣어주고.. Listen to each other... 상대방의 말을 들어주고..Open your heart... 당신의 마음을 열어주고..Value your worth... 당신을 가치있게 평가하고...Express your trust...당신의 신뢰를 표현하고.. Yield to good sense...좋은 말로 충고 해주고..Overlook mistake...실수를 덮어주고..Understand difference...서로 다른 것을 이해 해주는 것.. Electron energy 4

17. 전기물성특론 Thank you for your attention