---
title: "전기장과 유전율의 관계"
url: https://popup2026.com/5yOAUv
kind: html
created_via: web-html
created_at: 2026-07-15T05:45:00.062085+00:00
---
전기장과 유전율의 관계 
 
 
 
 
 
 
 

 
 전자기학 · 유전체

 전기장과 유전율의 관계

 유전율은 물질이 전기장에 얼마나 잘 반응하는가의 척도다. 그리고 그 반응은 언제나 원래의 전기장을 약하게 만드는 방향으로 일어난다.

 

 1. 유전율이란 무엇인가

 유전율 ε 는 진공 유전율과 비유전율의 곱으로 쓴다.

 
 ε = ε 0 ε r 
 ε 0 ≈ 8.854 × 10 −12 F/m (진공 유전율) · ε r : 비유전율(유전상수) 

 ε r 은 그 물질이 전기장 속에서 얼마나 쉽게 분극(polarization)되는가 를 나타내는 숫자다. 진공은 분극될 것이 없으므로 ε r = 1이고, 물은 분자 자체가 강한 쌍극자라서 ε r ≈ 80에 이른다.

 2. 핵심 관계식

 
 관계 식 의미 

 점전하 전기장 E = Q / 4πε r² ε이 클수록 같은 전하가 만드는 E가 작다 

 전기변위장 D = ε E D는 자유전하 만 반영한다 

 분극 관계 D = ε 0 E + P ε r = 1 + χ e 

 유전체 내부 E = E 0 / ε r 장이 ε r 배 약해진다 

 축전기 용량 C = εA / d ε이 클수록 용량이 커진다 

 

 3. 왜 전기장이 약해지는가

 유전체를 전기장 속에 넣으면 분자들이 한 방향으로 정렬한다. 내부에서는 이웃한 분자의 +와 −가 서로 상쇄되지만, 양 끝 표면에서는 상쇄되지 않고 속박전하(bound charge)가 남는다. 

 이 속박전하가 만드는 전기장의 방향은 외부 전기장과 정확히 반대다. 그래서 유전체 내부의 알짜 전기장은 원래보다 작아진다. 아래에서 ε r 을 직접 움직여 보자.

 
 
 
 
 
 +Q 
 −Q 
 자유전하 고정 
 자유전하 고정 

 
 
 유전체 

 
 

 
 −−− 
 +++ 
 분극된 분자 (쌍극자) 

 
 
 
 
 
 

 
 
 외부장 E₀ 

 
 알짜장 E 

 
 속박전하장 
 

 
 비유전율 ε r 
 
 1.0 
 

 
 D = εE (자유전하)
 일정

 E / E₀
 1.00

 C / C₀
 1.00

 

 ε r 을 올리면 쌍극자 정렬이 뚜렷해지고, 속박전하장(보라)이 커지며, 알짜장(초록)이 줄어든다. D는 변하지 않는다. 
 

 4. 무엇을 고정하느냐가 전부다

 "유전율이 크면 전기장이 약해진다"는 말은 자유전하 Q가 고정된 상황 에서만 참이다. 여기서 D와 E의 역할 분담을 정확히 구분해야 한다.

 
 D는 자유전하만 본다. 유전체를 넣어도 극판의 Q가 그대로면 D도 그대로다.

 E는 자유전하 + 속박전하를 모두 본다. 속박전하가 생겼으니 E가 줄어든다.

 
 
 E = D / ε ⟹ E ∝ 1/ε
 Q 고정 조건에서. 반대로 전압 V를 고정하면 E = V/d로 유지되고, 대신 극판의 Q가 ε r 배 늘어난다. 

 
 한 문장 요약. 유전율은 전기장을 약화(차폐)시키는 능력이다. 자유전하가 고정된 상황에서 E ∝ 1/ ε 이고, 바로 그 이유로 축전기 용량 C = ε A / d 는 ε 에 비례해 커진다.

 5. 확인 문제

 문제

 극판 면적 A , 간격 d 인 평행판 축전기를 전원에 연결해 전하 Q 를 충전한 뒤 전원을 분리 했다. 이후 ε r = 4인 유전체를 극판 사이에 가득 채웠다. 내부 전기장과 극판 사이 전압은 각각 몇 배가 되는가?

 풀이

 전원을 분리했으므로 Q 가 고정 → D = Q / A 도 고정. 따라서 E = D /ε은 1/4배 가 되고, V = Ed 도 1/4배 가 된다. 이때 C = Q / V 는 4배로 늘어난다. 만약 전원을 연결한 채로 넣었다면 V 가 고정이므로 E 는 그대로이고, Q 가 4배로 밀려 들어온다.

 전기장과 유전율의 관계 · 유전체 분극과 전기장 차폐