静電容量式湿度センサについて教えてください！

質問

静電容量式湿度センサについて教えてください！
まったく電気知識が無い状態で湿度センサについて
調べ、資料化することとなりました。
インターネットで調べれば簡単さ！！と思っていたのが間違いでした。。

さて、本題ですが、私が調べた限りでは「誘電率」と「静電容量」の変化が
肝となっていると思うのですが「誘電率」と「静電容量」の関係が全くわかりません。

現時点で、私の理解は
「誘電率」とは電圧をかけた際、電子が自分の部屋（原子）から飛び出さないが
部屋の端に引き寄せられる力を示すもの。
「静電容量」は部屋の端に引き寄せられた電子を蓄える為の貯蔵庫みたいなもの
という風に理解しているのですが、間違っていると思いますので訂正していただければ
と思います。
また、静電容量式湿度センサは「誘電率」の変化により「静電容量」が変化する
と書かれていたのですが、
「誘電率」が何故変化するのか
「誘電率」は低湿域と高湿域ではどちらが高いのか
「誘電率」が高いと「静電容量」は大きくなるのか、小さくなるのか
「誘電率」が変化すると何故「静電容量」が変化するのか
も教えて頂きたく思います。
誰でもそれとなくわかるように、静電容量はバケツのようなものですといった
比喩を用いた資料作成を考えております。
ぜひご教授お願いいたします。

回答No.1

semikuma · ベストアンサー

あなたの理解で合っています。
物質は原子からできており、原子は原子核の周りを電子が回っています。
そして原子核は＋、電子は－の電気を持っています。
外から電圧がかかっていないときは、電子は原子核の周りに場所に依らずほぼ均等に分布しているので、外から見ると電気的に中性です。
(＋にも－にも見えない、という意味。)
ところが電圧をかけると、電子は＋の側に引き付けられて片寄るので、分子の片側が－、反対側が＋の電気を持っているように見えます。
ある電圧をかけたときに、どの程度電子が片寄るか(分極といいます)を表すのが「誘電率」です。
「誘電率」は、ある「物質の」性質を表す数値です。

この物質を電極の間に挟んだ素子(電子部品)に電圧を掛けると、外からは電気が溜まったように見えます。
ある電圧を掛けたときにどの程度の電気が溜められるかを表すのが「静電容量」です。
実際、容量の大きな素子に電圧を掛けて電気を溜めた後、豆電球をつなぐと、電球が光ります。
この素子はコンデンサといって、電子回路では無くてはならない素子です。

さて、中学の理科で、水分子(H2O)は、1個の酸素原子に、2個の水素原子が「くの字型」にくっついていると習ったかと思います。
酸素原子は原子核に陽子が8個、水素原子は陽子が1個なので、酸素の原子核は水素の原子核の8倍の＋の電気を持っています。
なので水素原子の周りを回っている電子も酸素原子の方に引き付けられ、水素原子側は＋、酸素原子側は－に分極しています。
電圧がかからないときは水分子はばらばらの方を向いているので、全体としては電気的に中性ですが、電圧がかかると、水素原子側が－の電極側を、酸素原子側が＋の電極側を向こうとします。
つまり水分子は誘電率が大きいのです。
従って、湿度が高いと水分子の量が多くなり、誘電率が高くなるため、静電容量も大きくなります。

お礼

誘電率について非常にわかりやすい回答ありがとうございます。
これで資料を作成できます！
本当にありがとうございました。