什麼是介電常數

電荷在不同介質中以不同的力相互作用，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, 兩個定點電荷 q₁ 和₂ 在真空中與公式 F 給出的力相互作用_班級=((1/4)*π*ε)*(|q₁|*|q₂|/r²）， 在哪裡：

• F_班級 是庫侖力，N；
• q₁, q₂ 是充電模塊，C；
• 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決定物質對庫侖力影響的量，庫侖定律寫為：

F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q₁|*|q₂|/r²).

該值由希臘字母 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。

通常在物理學中，介電常數與電常數結合使用，在這種情況下引入絕對介電常數的概念很方便。記為 ε_一個 並且等於 ε_一個= ε*e。在這種情況下，絕對磁導率的大小為 F/m。普通磁導率 ε 也稱為相對以區別於 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，儘管它們含有帶電粒子。這些粒子隨機位於物質質量中，它們的電場平均會相互抵消。

在電介質中，主要存在束縛電荷（它們稱為偶極子）。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定向。結果，產生了額外的電場。類似的現像也發生在非極性電介質中。

在導體中，過程類似，只是有自由電荷，它們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相互作用的強度。物質的極化能力越大，ε就越高。

各種物質的介電常數

不同的物質具有不同的介電常數。其中一些的 ε 值在表 1 中給出。很明顯，這些值大於 1，因此與真空相比，電荷的相互作用總是減小。還應該注意的是，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。

電容器的介電常數和電容

知道 ε 的值在實踐中很重要，例如在製造電容器時。他們 容量 取決於板的幾何尺寸、板之間的距離以及電介質的介電常數。

如果你需要得到 電容器 容量增加，然後板面積的增加導致尺寸增加。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。如果您使用具有較高 ε 的材料，您可以成倍減小板的尺寸或增加它們之間的距離而不會造成損失 電容量.

稱為鐵電體的物質被區分為一個單獨的類別，其中在某些條件下會發生自發極化。在所考慮的領域中，它們具有兩點特點：

• 介電常數大值（典型值 - 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較小重量和尺寸指標的高容量電容器（由於絕緣體的介電常數值增加）。

此類設備僅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

此外，電介質中的損耗取決於介電常數的值 - 這是電介質中為加熱它而損失的能量的一部分。為了描述這些損耗，通常使用參數 tan δ - 介電損耗角的正切。它表徵電容器中介電損耗的功率，其中電介質由具有可用 tg δ 的材料製成。每種物質的比功率損耗由公式 p=E 確定²*ώ*ε*ε*tg δ，其中：

• p 是比功率損耗，W；
• ώ=2*π*f 是電場的圓頻率；
• E 是電場強度，V/m。

顯然，介電常數越高，電介質中的損耗就越高，所有其他條件都相同。

介電常數對外部因素的依賴性

應該注意的是，介電常數的值取決於電場的頻率（在這種情況下，取決於施加到板上的電壓的頻率）。隨著頻率的增加，許多物質的 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。

因此，製造電容器電介質的材料的選擇非常重要。在低頻下工作的東西不一定會在高頻下提供良好的隔離。大多數情況下，非極性電介質用作 HF 的絕緣體。

此外，介電常數取決於溫度，並且在不同的物質中以不同的方式。對於非極性電介質，它隨溫度升高而降低。在這種情況下，對於使用這種絕緣體製成的電容器，他們說的是電容的負溫度係數 (TKE) - 容量 ε 後隨溫度升高而減小。對於其他物質，磁導率隨溫度升高而增加，可以獲得具有正TKE的電容器。通過在一對中包含具有相反 TKE 的電容器，您可以獲得熱穩定的電容。

了解各種物質的介電常數值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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