什麼是介電常數

電荷在不同的介質中以不同的強度相互作用，由庫侖定律確定。這些介質的特性由稱為介電常數的量決定。

什麼是介電常數

根據 庫侖定律兩個點狀固定電荷 q₁ 和₂ 在真空中與公式 F 給出的力相互作用_分類= ((1/4)*π* ε)*(|q₁|*|q₂|/r²）， 在哪裡：

• F_分類 - 庫侖力，N；
• q₁, q₂ - 收費模塊，kl；
• r 是電荷之間的距離，m；
• ε₀ - 電常數，8.85*10^-12 F/m（法拉每米）。

如果相互作用不在真空中發生，則公式中包含另一個量，該量決定了物質對庫侖力的影響，庫侖定律的符號如下所示：

F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q₁|*|q₂|/r²).

這個量用希臘字母 ε (epsilon) 表示，它是無量綱的（沒有測量單位）。介電常數是物質中電荷相互作用的衰減係數。

在物理學中，介電常數通常與電常數結合使用，在這種情況下，引入絕對介電常數的概念會很方便。這用 ε 表示_一個 並且等於 ε_一個= ε* ε。在這種情況下，絕對磁導率的尺寸為 F/m。法向滲透率 ε 也稱為相對滲透率，以區別於 ε_一個.

介電常數的性質

介電常數的本質是基於電場作用下的極化現象。大多數物質通常是電中性的，儘管它們確實包含帶電粒子。這些粒子雜亂無章地排列在大量物質中，它們的電場平均相互抵消。

電介質主要包含束縛電荷（稱為偶極子）。這些偶極子通常代表兩個不同粒子的束，它們自發地沿著電介質的厚度定向，並且平均產生零電場強度。在外場的作用下，偶極子傾向於根據所施加的力來定向。結果，產生了額外的電場。類似的現象發生在非極性電介質中。

在導體中，過程是相似的，只是有自由電荷在外場的作用下分離並產生自己的電場。該場指向外部場，屏蔽電荷並降低它們的相互作用力。物質的極化能力越大，ε就越高。

不同物質的介電常數

不同的物質具有不同的介電常數。其中一些的 ε 值如表 1 所示。顯然，這些值大於 1，因此與真空相比，電荷的相互作用總是減小。還需要注意的是，對於空氣，ε 略大於一，因此空氣中電荷的相互作用實際上與真空中的相互作用沒有區別。

表 1. 各種物質的電導率值。

電容器介電常數和電容

在實踐中了解 ε 的值很重要，例如在電容器的設計中。他們的 電容 取決於殼的尺寸、它們之間的距離和電介質的介電常數。

如果你想做 一個電容器 如果電極具有更高的電容，則增加蓋的面積會導致尺寸增加。減小電極之間的距離也存在實際限制。在這種情況下，使用具有更高介電常數的絕緣體會有所幫助。如果使用具有更高ε的材料，則電極的尺寸可以減小很多倍，或者可以增加它們之間的距離而不會損失 電容.

另一類物質稱為分段電，在某些條件下具有自發極化。在所考慮的領域中，它們具有兩個特點：

• 較大的介電常數值（特徵值 - 從數百到數千）；
• 通過改變外部電場來控制介電常數值的能力。

這些特性用於製造具有小質量和尺寸的高容量電容器（由於絕緣體的介電常數增加）。

這種設備只在低頻交流電路中工作——隨著頻率的增加，它們的介電常數會降低。鐵電體的另一個應用是可變電容器，其特性在外加電場的影響下隨參數變化而變化。

介電常數和介電損耗

介電損耗，即在電介質中因發熱而損失的部分能量，也取決於介電常數。參數 tg δ（介電損耗角的正切）通常用於描述這些損耗。它表徵了電容器中介電損耗的功率，其中電介質由具有 tg δ 的材料製成。每種物質的比損失功率由公式 p=E 定義²*ώ*ε*ε*tg δ，其中：

• p——損耗的比功率，W；
• ώ=2*π*f - 電場的圓頻率；
• E——電場強度，V/m。

顯然，介電常數越高，在所有其他條件相同的情況下，電介質中的損耗就越高。

介電常數對外部因素的依賴性

應該注意，介電常數的值取決於電場的頻率（在這種情況下，是施加到面層上的電壓的頻率）。隨著頻率的增加，許多物質中的 ε 值減小。這種效應對於極性電介質很明顯。這種現象可以通過電荷（偶極子）不再有時間跟隨場的事實來解釋。對於以離子或電子極化為特徵的物質，介電常數對頻率的依賴性很小。

這就是為什麼選擇製造電容器電介質的材料如此重要的原因。在低頻下工作的東西不一定會在高頻下產生高質量的絕緣。通常，非極性電介質在高頻下用作絕緣體。

此外，介電常數取決於溫度，並且因物質而異。在非極性電介質中，它隨著溫度的升高而下降。在這種情況下，對於用這種絕緣體製成的電容器，我們稱之為負電容溫度係數 (TKE) - 電容 在 ε 之後隨著溫度的升高而下降。其他物質隨溫度升高磁導率較高，有可能獲得具有正TKE的電容器。通過將電容器與相反的 TKE 配對，可以獲得熱穩定電容。

了解各種物質的介電常數的本質和知識對於實際目的很重要。控制介電常數水平的能力提供了額外的技術視角。

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