§1-2电介质的介电常数

教学要求：理解介电常数与极化的关系，各种电介质的介电常数随温度和电场频率的变化关系。

1、介电常数与相对介电常数

一般来说，两个尺寸、结构完全相同的电容器，由于极间介质不同，电容量也不同。

平行板电容器在真空中的电容量为：（ε₀为真空介电常数）

当极板间插入固体介质后，电容量为：（ε为⌒介质的介电常数）

因此有：（ε_r为介质的相对介电常数）

造成电容量增加的原因是由于介质的极化现象，即在外加电场的作用下，固体介质中原来彼此中和的正、负电荷产生了位移，形成电距（对外电场有削弱作用），使得介质表面出现了束缚电荷，极板上电荷增多，造成电容量增大。（如果外电场不变，极间距离不变，则场强不变，则要求电源补充更多电荷到极板，因此，极化后电荷关系为：，其中为极化后的电荷，为原电荷，为极化电荷。

因此，也可以知道，介质的相对介电常数ε_r的大小与其极化的形式有关。极化程度强，则ε_r较大。

2、气体介质的相对介电常数

气体介质由于密度很小，单位体积内所含分子数目很少，所以，无论是非极性气体还是极性气体，其ε_r均很少，工程上近似取ε_r=1。且ε_r随温度升高而下降（极化形成的），随压力增大而增大。

3、液体电介质的相对介电常数

①中性、弱极性液体电介质的相对介电常数不大，受温度影响与介质分子密度与温度的关系一致。

②极性液体电介质的相对介电常数

l  与温度有关。低温的时候，随着温度的升高，ε_r上升；温度进一步升高，ε_r下降。（这与偶极子式极化讨论的结果一致）

l  与电场频率的关系。频率越高，则ε_r越小，因为此时夹层极化、转向极化等均跟不上电场的变化，最后只有电子位移极化在起作用。

（4）固体电介质的相对介电常数

①中性或者弱极性固体电介质

由中性分子构成的固体电介质，只具有电子式极化和离子式极化，其介电常数较小。其相对介电常数随温度变化的情况与中性液体电介质密度随温度变化的原理一致。

②极性固体电介质

由于分子具有极性，所以这类电介质的相对介电常数都较大。而且相对介电常数与温度和频率的关系类似极性液体所呈现的规律。