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誘電率
(permittivity, dielectric constant)

誘電分極と比誘電率

電極間に電圧を印加した場合、電極間に電界が発生する。
電極間に絶縁体を置いた時、クーロン力によって、 絶縁体内の負の電荷は正極の方に、正の電荷は負の電荷は負極の方に引かれる。 絶縁体中には自由に動くことのできる電荷はあまりないが、 この力によってそれを構成する原子や分子の電荷分布が偏り、誘電分極と呼ばれる現象を生じる。
この結果、外部からの電界を打ち消すような電荷が絶縁体の表面に現れた状態となり、 それに応じて絶縁体内の電界が弱められる。
電極間の電界を積分したものが電極間の電位差となるので、 これは、電極間が真空の場合と同じ電荷を電極に与えた時に電極間に生じる電位差が 絶縁材の働きによって小さくなることを、 従って電極間の静電容量が増加することを意味する。

真空の場合と比較して絶縁材内の電界がどれだけ弱まるかを示す係数はその絶縁材の比誘電率と呼ばれ、 εr と表現される。

上の説明は電荷の量を一定とした場合のものであり、 電極に印加する電圧を一定とした場合は電極に蓄えられる電荷の量は εr 倍となり、 絶縁体内の電界は真空の場合と同一となる。

真空の誘電率

電荷 Q (C) が発生する電束が面積 A (m2) を均等な密度で横切る時、 その電束密度 D (C/m2) は Q/A となり、 これは媒質には依存しない。 電束密度 D (C/m2) の電束が絶縁体を通過する時の電界強度 E (V/m) は 媒質に依存して E = D / ε となり、 この ε をその媒質の誘電率と呼ぶ。

真空中の場合、E = D / ε0 となり、 この ε0 を真空の誘電率と呼ぶ。

MKSA単位系では、 ε0 = 8.854187817... × 10−12 (F/m) となるが、この ε0 は、 μ0 = 4π×10-7、 ε0 = 1 / μ0 c02 から求められる定義値である。

任意の媒質の誘電率 ε は、真空の誘電率と比誘電率により、 ε = ε0 εr と表現できる。

誘電率の例

材質 比誘電率 εr 誘電正接 tanδ (%)
空気 1 0
水 約80 ---
ソーダガラス 7.5 1
PVC 6〜8 4〜12
Nylon 66 3.5〜4.6 2〜10
PE 2.3 0.02〜0.05
PP 2.3 0.02〜0.05
ETFE 2.6 0.2
FEP 2.1 0.03
PTFE 2.1 0.02
PFA 2.1 0.02
ガラスエポキシ (FR-4) 約4〜5約1〜2

by Tom Sato, 2017-03-20