物理的な留意事項：導電媒体と誘電媒体

導体と誘電体

物質のタイプは、電荷の移動性と電界が存在する状況での電荷の挙動について、次のように区別されます：

導電媒体では、一部の電子が非常に高い移動性を持ち、導電ボリューム全体を自由に移動することができます。このような電子は、伝導電子または自由電子と呼ばれます。

導電媒体の導電率の特性は、オームの法則として知られる、電流密度と電界の関係を特徴付ける比例定数σとして定義されます。

自由電荷の移動によって生じる電流は、伝導電流と呼ばれます。

完全導体は、電流の流れに対する抵抗のない仮想材料です。これは、導電率σが無限となる極限のケースです。

誘電媒体は、次の特性で特徴付けられます：

原子内の電子は、強く原子核に結合しており、実際には自由電子は存在しません。このため、誘電体は非常に優れた電気絶縁体となります。

抵抗率ρ = 1/σの値は、10¹⁷～10¹⁹Ω.mとなります。
電界が存在する状況において：

この現象は“誘電分極”と呼ばれます。

電気双極子モーメントの体積密度によって、分極場が定義されます。物質内の電界を特徴付ける2つ目の量である電束密度は、の関係で定義されます。ここでε₀は真空誘電率です。

媒体が直線分極で特徴付けられる場合、この分極は電界強度に比例します。この場合、量との関係は線形で、となります（εは材料の誘電率）。

実際には、材料の誘電率と真空誘電率の比ε_r = ε / ε₀として、非誘電率ε_rが使用されます。この値が、材料の誘電率と呼ばれることもあります。

完全誘電体は、電荷をまったく通さない仮想材料です（導電率σがゼロの極限のケース）。

AC電界での分極現象により、変位電流と呼ばれるAC電流が生じます。

電界が時間と共に変化する場合、双極子は自らを電界に揃えようとする傾向があるため、その揺動運動が生じます。これらの揺動は局所的で、双極子の実際の移動はありませんが、この局所的な運動は、変位電流と呼ばれるAC電流と同等です。

この電流は、この場の脈動周波数ω =2πfと誘電率εの積ω.εに比例します。

物質には多少の導電性と多少の誘電性があるため、AC電界内の媒体の誘電体と導体の境界での挙動は絶対的なものではありません。

実際、特定のボディは、周波数に応じて多少の導電性と多少の誘電性を有します。σ/ωε（ωは脈動周波数、ω =2 π f）という比率は、以下の相対的重要度を示します：

したがって、AC電界では以下のようになります：

σ/ω.ε >> 1の場合、良好な導体

σ/ω.ε << 1の場合、良好な誘電体