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电容率

2021-02-26 12:10:01

在电磁学里,介电质响应外电场的施加而电极化的衡量,称为电容率。在非真空中由于介电质被电极化,在物质内部的总电场会减小。电容率关系到介电质传输(或容许)电场的能力。电容率衡量电场怎样影响介电质,怎样被介电质影响。电容率又称为“绝对电容率”,或称为“介电常数”。

在国际单位制中,电容率的测量单位是法拉每米(F/m)。真空的电容率,称为真空电容率,或“真空介电常数”,标记为ε0{\displaystyle \varepsilon _{0}}ε0{\displaystyle \varepsilon _{0}}≈8.854187817…×10⁻¹² F/m

概念

电势移D{\displaystyle \mathbf{D}}的定义式为

D =def ε0E+P{\displaystyle \mathbf{D}\{\stackrel{\text{def}}{=}}\ \varepsilon _{0}\mathbf{E}+\mathbf{P}}

其中,E{\displaystyle \mathbf{E}}是电场,P{\displaystyle \mathbf{P}}是电极化强度。

对于均向性的、线性的、均匀介电质,电极化强度P{\displaystyle \mathbf{P}}与电场E{\displaystyle \mathbf{E}}成正比:

P=χeε0E{\displaystyle \mathbf{P}=\chi _{\text{e}}\varepsilon _{0}\mathbf{E}}

其中,χe{\displaystyle \chi _{\text{e}}}是电极化率

所以,电势移与电场的关系方程为

D=εE{\displaystyle \mathbf{D}=\varepsilon \mathbf{E}}

其中,ε{\displaystyle \varepsilon}是电容率。

假若,介电质是异向性的,则电容率是一个二阶张量,可用矩阵来表示。

一般而言,电容率不是常数,可以随着在介电质内的位置而改变,随着电场的频率、湿度、温度或其它参数而改变。对于一个非线性介电质,电容率有可能会随着电场强度而改变。当电容率是频率的函数时,它的数值有可能是实数,也有可能是复数。

真空电容率

资料专题:电容率真空电容率

介质的电容率

资料专题:电容率介质的电容率

测量

物质的电容率可以用几种静电测量方法来得到。使用各种各样的介电质光谱学英语Dielectric spectroscopydielectric spectroscopy)方法,在广泛频率值域内,任何频率的复电容率都可以正确地评估出来。这频率值域覆盖接近21个数量级的大小值,从10到10赫兹。另外,使用低温恒温器(cryostat)和烤炉,科学家可以测量出,在不同的温度状况下,物质的介电性质。

椭圆偏振技术可以用在红外线频段和可见光频段。

也有一些方法用于介电常数的测量。介电常数在微波的范围可以由共振方法测量。

参阅

参考文献

  1. 国际标准组织NISTBIPM现在通常的做法,是根据ISO 31的规则,标记光波在真空的光速为c0{\displaystyle c_{0}}。在原先的1983年建议里,符号c{\displaystyle c}被用于这用途。参阅NISTSpecial Publication 330, Appendix 2, p. 45页面存档备份,存于互联网档案馆
  2. Agilent Basics of Measuring the Dielectric Prop[erties of Materials(PDF). Agilent Technologies Inc. (原始内容(PDF)存档于2013-09-26).
  3. Braun, Charles L.; Smirnov, Sergei N.,Why is water blue?, Journal of Chemical Education, 1993,70(8): 612[2009-05-14], (原始内容存档于2012-04-03)
  4. Linfeng Chen, V. V. Varadan, C. K. Ong, Chye Poh Neo. Microwave theory and techniques for materials characterization.Microwave electronics. Wiley. 2004: 37[2009-05-14].ISBN0470844922. (原始内容存档于2014-01-01).
  5. Mailadil T. Sebastian.Dielectric Materials for Wireless Communication. Elsevier. 2008: 19[2009-05-14].ISBN0080453309. (原始内容存档于2014-01-01).
  6. Costa, Filippo; 等. Waveguide dielectric permittivity measurement technique based on resonant FSS filters. IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2011,21(5): 273––275.doi:10.1109/LMWC.2011.2122303.

进阶阅读

  • Theory of Electric Polarization: Dielectric Polarization, C.J.F. Böttcher,ISBN 0-444-41579-3
  • Dielectrics and Wavesedited by A. von Hippel, Arthur R.,ISBN 0-89006-803-8
  • Dielectric Materials and Applicationsedited by Arthur von Hippel,ISBN 0-89006-805-4