25.11: 磁化率、誘電率、透磁率

外部電場に置かれると、誘電体材料は分極します。 誘電体材料の電荷密度は束縛電荷密度と自由電荷密度の合計で与えられますが、総電荷密度は総電界で表すこともできます。 束縛電荷密度は分極の観点から測定できるため、電気変位と分極の関係がわかります。

線形誘電体の分極は電場に比例します。 これにより、無次元量である電気感受率と呼ばれる新しい比例定数が導入されます。 感電率は、あらゆる材料が分極する傾向であり、自由空間ではゼロになります。

これらの式を解くと、2 番目の比例定数、つまり材料の誘電率が得られます。

材料の誘電率と自由空間の透磁率の比は、比誘電率または誘電率と呼ばれる 3 番目の比例定数を与えます。

これは、誘電体媒体がある場合とない場合のコンデンサの静電容量の関係を与えるのと同じ比例定数です。 自由空間の誘電率の値は 1 です。コンデンサ内に誘電体媒体が存在すると、エネルギーの蓄積が常に増加し、それによって静電容量が増加します。 したがって、どの媒体の誘電率も常に 1 より大きくなります。

分極誘電体では、全電荷密度は束縛された電荷密度と自由電荷密度の合計です。束縛された電荷密度の式を思い出し、全電界での総電荷密度を書き換えると、分極で見た電気変位の表現が得られます。

線形誘電体の場合、分極は全電界に比例します。比例定数は材料の感電率と呼ばれ、自由空間の誘電率により電気感受性は無次元になります。

印加電界の場合、電気感受性が増加すると、分極が増加します。

分極の表現を代入すると、電気変位も全電界に比例することを意味します。

比例の新しい定数は、材料の誘電率です。材料の誘電率と自由空間の誘電率の比により、誘電率とも呼ばれる比誘電率が得られます。

これは、特定の電界に対して電荷を蓄える能力を推定します。誘電率の高い材料は、エネルギー貯蔵を増やすためにコンデンサーに使用されています。