介电常数是多少？ - 物理 - 2025

该介电常数是与被放置的电容器（或电容器-图1）的板之间的材料相关联的值并允许优化和提高其功能。（Giancoli，2006年）。介电体是电绝缘体的同义词，也就是说，它们是不允许电流通过的材料。

该值在许多方面都很重要，因为每个人在我们的家，娱乐场所，教育或工作站中都使用电气和电子设备是很普遍的，但是，我们肯定不知道该设备中发生的复杂过程才能起作用。

图1：不同类型的电容器。

例如，我们的微型组件，电视和多媒体设备使用直流电来实现其功能，但是流到我们的家庭和工作场所的家庭和工业电流是交流电。这怎么可能？。

图2：家用设备的电路

这个问题的答案在相同的电气和电子设备中：电容器（或多个电容器）。这些组件尤其使得交流电整流成直流电成为可能，其功能取决于电容器的几何形状或形状以及设计中存在的介电材料。

介电材料起着重要的作用，因为它们可以使构成电容器的极板非常紧密地接触在一起，而不会接触，并用介电材料完全覆盖所述极板之间的空间，以增加电容器的功能。

介电常数的起源：电容器和介电材料

该常数的值是实验结果，也就是说，它来自使用不同类型的绝缘材料进行的实验，并导致相同的现象：电容器的功能或效率提高。

电容器与称为电容“ C”的物理量相关联，该物理量定义通过提供一定的电位差“ ∆V”（公式1）可以使电容器存储的电荷“ Q”量。

（式1）

实验得出的结论是，通过用介电材料完全覆盖电容器极板之间的空间，电容器会将其电容增加一个系数κ，称为“介电常数”。（等式2）。

（式2）

图3显示了一个平面平行平板电容器电容C的示意图，该电容C充电后因此在其平板之间具有向下的均匀电场。

图的顶部是电容器，其极板之间具有真空（真空-介电常数∊0）。然后，在底部，展示了一个电容为C'> C的电容器，其极板之间的介电常数为。

图3：不带电介质且带电介质的平面平行平板电容器。

Figueroa（2005）列出了电容器中介电材料的三种功能：

1. 它们允许刚性和紧凑的结构，并且导电板之间的间隙很小。
2. 它们允许施加较高的电压而不会引起放电（击穿电场大于空气的击穿电场）
3. 将电容器的电容增加一个系数κ，称为材料的介电常数。

因此，作者指出，κ“被称为材料的介电常数，并测量其分子偶极子对外部磁场的响应”。即，材料分子的极性越高，介电常数越高。

电介质的原子模型

通常，材料具有特定的分子排列，这取决于分子本身以及在每种材料中组成它们的元素。介入介电过程的分子排列之中是所谓的“极性分子”或极化的排列。

在极性分子中，负电荷的中间位置和正电荷的中间位置之间存在分隔，从而使它们具有电极。

例如，水分子（图4）被永久极化，因为正电荷分布的中心在氢原子之间。（Serway和Jewett，2005年）。

图4：水分子的分布。

在BeH2分子（氢化铍-图5）中，它是线性分子，没有极化，因为正电荷（氢）的分布中心在负电荷（铍）的分布中心，消除可能存在的任何极化。这是一个非极性分子。

图5：氢化铍分子的分布。

同样，当电介质材料存在电场E时，分子将根据电场排列，从而在电介质面对电容器板的表面上产生表面电荷密度。

由于该现象，电介质内部的电场小于电容器产生的外部电场。下图（图6）显示了平面平行平板电容器内的电极化电介质。

重要的是要注意，这种现象在极性材料中比在非极性材料中更容易产生，这是由于存在电场时极化分子的存在会更有效地相互作用。虽然，仅仅电场的存在引起非极性分子的极化，导致与极性材料相同的现象。

图6：由于在充电电容器中产生的电场而导致的电介质极化分子模型。

某些材料的介电常数值

根据电容器的功能，经济性和最终用途，可以使用不同的绝缘材料来优化其性能。

诸如纸之类的材料非常便宜，尽管它们在高温下或与水接触时会失效。虽然是橡胶，但它仍具有延展性，但更具抵抗力。我们还有瓷器，尽管不能适应所需的不同形状，但仍能抵抗高温。

下表是指定某些材料的介电常数的表格，其中介电常数没有单位（它们是无量纲的）：

表1：室温下某些材料的介电常数。

电介质材料的一些应用

介电材料在全球社会中具有广泛的应用范围，从地面和卫星通信（包括无线电软件，GPS，通过卫星进行的环境监测），都很重要。（2010年，塞巴斯蒂安）

此外，Fiedziuszko等人（2002年）描述了介电材料对于无线技术（包括蜂窝电话）发展的重要性。在他们的出版物中，他们描述了这类材料在设备小型化中的重要性。

按照这种思想顺序，现代性对发展技术寿命的高介电常数和低介电常数的材料产生了巨大的需求。就数据存储功能，通信和数据传输性能而言，这些材料是Internet设备的基本组件。（Nalwa，1999）。

参考文献

1. Fiedziuszko，SJ，Hunter，IC，Itoh，T.，Kobayashi，Y.，Nishikawa，T.，Stitzer，SN，和Wakino，K.（2002）。介电材料，器件和电路。IEEE微波理论与技术学报，50（3），706-720。
2. Figueroa，D.（2001年）。电气相互作用。委内瑞拉加拉加斯：Miguel AngelGarcíaand Son，SRL。
3. Giancoli，D.（2006年）。物理。从应用开始。墨西哥：培生教育。
4. 纳尔瓦，HS（编）。（1999）。高低介电常数材料及其应用手册，两册。爱思唯尔。
5. 塞巴斯蒂安，MT（2010）。用于无线通信的介电材料。爱思唯尔。
6. Serway，R。和Jewett，J。（2005）。科学与工程物理。墨西哥：汤姆森国际编辑。