コンデンサの誘電体分極

コンデンサに誘電体媒体が存在すると、電圧と静電容量が変化するだけでなく、電界にも影響します。一般に、誘電体には極性と非極性の2つのタイプがあります。極性誘電体では、分子内の正電荷と負電荷が距離を隔てているため、永久双極子モーメントが生じます。対照的に、非極性誘電体にはそのような電荷分離は存在しませんが、非極性分子は外部電場の存在下で分極します。どちらの場合も、双極子は電界なしでランダムに配向されます。

極性誘電体が均一な電界に配置されると、双極子は電界と整列し、誘電体の面に等しく反対の表面電荷を誘導します。非極性分子は、誘導分極と呼ばれる外部電場の存在下で極性になる可能性があります。非極性分子の正電荷と負電荷は外部電場によって分離され、分極を誘発し、電界に沿ってさらに整列します。誘電体の面に沿って誘導された電荷は、プレート全体の電圧を減少させ、静電容量を増加させます。

誘導された表面電荷は、誘導電界を生成します。正味電界は、外部電界と誘導電界のベクトル和です。ネットフィールドは、誘電率を使用して外部フィールドの観点から記述できます。

式(1)と(2)を組み合わせると、誘起電界の式が得られます。

外部磁場の大きさが限界を超えて増加すると、誘電体内の分子がイオン化されます。自由電子は誘電体内で生成され、誘電体を介して1つのプレートから別のプレートに電流を流すことができます。この現象は誘電破壊と呼ばれます。