什么是介电常数

电荷在不同介质中以不同的力相互作用，由库仑定律确定。这些介质的特性由称为介电常数的量决定。

什么是介电常数

根据 库仑定律, 两个定点电荷 q₁ 和₂ 在真空中与公式 F 给出的力相互作用_班级=((1/4)*π*ε)*(|q₁|*|q₂|/r²）， 在哪里：

• F_班级 是库仑力，N；
• q₁, q₂ 是充电模块，C；
• r 是电荷之间的距离，m；
• ε₀ - 电常数，8.85 * 10^-12 F/m（法拉每米）。

如果相互作用不在真空中发生，则公式中包含另一个决定物质对库仑力影响的量，库仑定律写为：

F=((1/4)*π* ε* ε)*(|q₁|*|q₂|/r²).

该值由希腊字母 ε (epsilon) 表示，它是无量纲的（没有测量单位）。介电常数是物质中电荷相互作用的衰减系数。

通常在物理学中，介电常数与电常数结合使用，在这种情况下引入绝对介电常数的概念很方便。记为 ε_一个 并且等于 ε_一个= ε*e。在这种情况下，绝对磁导率的大小为 F/m。普通磁导率 ε 也称为相对以区别于 ε_一个.

介电常数的性质

介电常数的本质是基于电场作用下的极化现象。大多数物质通常是电中性的，尽管它们含有带电粒子。这些粒子随机位于物质质量中，它们的电场平均会相互抵消。

在电介质中，主要存在束缚电荷（它们称为偶极子）。这些偶极子通常代表两个不同粒子的束，它们自发地沿着电介质的厚度定向，并且平均产生零电场强度。在外场的作用下，偶极子倾向于根据所施加的力定向。结果，产生了额外的电场。类似的现象也发生在非极性电介质中。

在导体中，过程类似，只是有自由电荷，它们在外场的作用下分离，并产生自己的电场。该场指向外部场，屏蔽电荷并降低它们相互作用的强度。物质的极化能力越大，ε就越高。

各种物质的介电常数

不同的物质具有不同的介电常数。其中一些的 ε 值在表 1 中给出。很明显，这些值大于 1，因此与真空相比，电荷的相互作用总是减小。还应该注意的是，对于空气，ε 略大于一，因此空气中电荷的相互作用实际上与真空中的相互作用没有区别。

表1.各种物质的电导率值。

电容器的介电常数和电容

知道 ε 的值在实践中很重要，例如在制造电容器时。他们 容量 取决于板的几何尺寸、板之间的距离以及电介质的介电常数。

如果你需要得到 电容器 容量增加，然后板面积的增加导致尺寸增加。减小电极之间的距离也存在实际限制。在这种情况下，使用具有更高介电常数的绝缘体会有所帮助。如果您使用具有较高 ε 的材料，您可以成倍减小板的尺寸或增加它们之间的距离而不会造成损失 电容量.

称为铁电体的物质被区分为一个单独的类别，其中在某些条件下会发生自发极化。在所考虑的领域中，它们具有两点特点：

• 介电常数大值（典型值 - 从数百到数千）；
• 通过改变外部电场来控制介电常数值的能力。

这些特性用于制造具有较小重量和尺寸指标的高容量电容器（由于绝缘体的介电常数值增加）。

此类设备仅在低频交流电路中工作 - 随着频率的增加，它们的介电常数会降低。铁电体的另一个应用是可变电容器，其特性在外加电场的影响下随参数变化而变化。

介电常数和介电损耗

此外，电介质中的损耗取决于介电常数的值 - 这是电介质中为加热它而损失的能量的一部分。为了描述这些损耗，通常使用参数 tan δ - 介电损耗角的正切。它表征电容器中介电损耗的功率，其中电介质由具有可用 tg δ 的材料制成。每种物质的比功率损耗由公式 p=E 确定²*ώ*ε*ε*tg δ，其中：

• p 是比功率损耗，W；
• ώ=2*π*f 是电场的圆频率；
• E 是电场强度，V/m。

显然，介电常数越高，电介质中的损耗就越高，所有其他条件都相同。

介电常数对外部因素的依赖性

应该注意的是，介电常数的值取决于电场的频率（在这种情况下，取决于施加到板上的电压的频率）。随着频率的增加，许多物质的 ε 值减小。这种效应对于极性电介质很明显。这种现象可以通过电荷（偶极子）不再有时间跟随场的事实来解释。对于以离子或电子极化为特征的物质，介电常数对频率的依赖性很小。

因此，制造电容器电介质的材料的选择非常重要。在低频下工作的东西不一定会在高频下提供良好的隔离。大多数情况下，非极性电介质用作 HF 的绝缘体。

此外，介电常数取决于温度，并且在不同的物质中以不同的方式。对于非极性电介质，它随温度升高而降低。在这种情况下，对于使用这种绝缘体制成的电容器，他们说的是电容的负温度系数 (TKE) - 容量 ε 后随温度升高而减小。对于其他物质，磁导率随温度升高而增加，可以获得具有正TKE的电容器。通过在一对中包含具有相反 TKE 的电容器，您可以获得热稳定的电容。

了解各种物质的介电常数值的本质和知识对于实际目的很重要。控制介电常数水平的能力提供了额外的技术视角。

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