电介质的介电常数
电介质的介电常数与极化特性
电介质的介电常数与极化特性电介质是电场中的一种物质，具有一定的极化特性和介电常数。
电介质的极化和介电常数的研究在物理学和工程学领域有着重要的应用价值。
本文将从介电常数的概念、极化现象的原理以及电介质中的极化类型等角度展开讨论。
1. 介电常数的概念介电常数是描述电介质对电场的响应能力的物理量，它可理解为电介质在电场作用下的极化程度。
通常用ε表示，分为静态介电常数（ε0）和频率相关的介电常数（εr）两种。
静态介电常数是在频率趋于零的情况下的介电常数，而频率相关的介电常数是在介质中电场的频率不为零时的介电常数。
2. 极化现象的原理电介质的极化现象是指当电介质处于外电场作用下，电介质中的正负电荷发生位移，使得电介质的原子或分子发生重新排列，从而形成了电偶极子。
这种电偶极子的形成导致了电介质内部的极化现象，即正负电荷的不均匀分布。
3. 电介质中的极化类型电介质中的极化可以分为电子极化、离子极化和取向极化三种类型。
3.1 电子极化电子极化是指电介质中原子中的电子由于受到电场的作用而相对于原子核发生位移，使得电介质内部产生电偶极矩。
电子极化主要发生在共价键形成的电介质中，如氧化物、硅酸盐等。
3.2 离子极化离子极化是指电介质中的正负离子在电场作用下发生位移，使得电介质中形成正负电荷的分离。
离子极化主要发生在离子晶体和电解质溶液等中。
3.3 取向极化取向极化是指电介质中的分子由于电场的作用而发生取向排列，使得电介质内部形成偶极矩。
取向极化主要发生在极性分子中，如水和有机物中。
4. 介电常数与极化特性的关系电介质的极化程度与其介电常数密切相关。
介电常数越大，表示电介质的极化能力越强。
当电介质处于较强的电场中时，其极化程度较大，介电常数也就相应较大。
不同类型的极化对介电常数的贡献是不同的，电子极化对介电常数的贡献最大，而离子极化和取向极化的贡献次之。
5. 电介质的应用电介质的极化特性和介电常数在工程学领域有着广泛的应用。
一般电介质的介电常数
温度(C) 140～150 180 0 0 0 0 0 400 0 0 20 0 20 20 16.3 14 -270.8 -253 -182 -185
介电常数 17(25℃)
16.0 13.0 12.5 9.0(25℃) 7.3 7.2 6.4 6.2 5.4 5.1 4.34 3.2 2.65 2.48 2.29 2.23 2.23 2.05
2 1.89
物质 聚酰亚胺 超临界水（600 ℃，24.6MPa）
介电常数 3.4 1.2
零散收集
物质
介质 固体氨 固体醋酸 石腊 聚苯乙烯 无线电瓷 超高频瓷 二氧化钡 橡胶 硬橡胶 纸 干砂 15%水湿砂 木头 琥珀 冰 虫胶 赛璐璐 玻璃 黄磷 硫 碳(金刚石) 云母 花岗石 大理石 食盐 氧化铍
温度(C) -90 2 -5 20 16
相对介电常数
4.01 4.1 2.0～2.1 2.4～2.6 6～6.5 7～8.5ຫໍສະໝຸດ 20 20电介质的介电常数
相对介电常数 1.00785 1.0128 1.000074 1.00026 1.00051 1.00058 1.00056 1.00074 1.000585 1.004 1 4.335 1.585 33.7 25.7 81.5 16.2 1.058 1.22 1.465 2.28 1.9 2～4 2.2 2.283 3.5 45.8
介电常数
5
4…7
6
>7
- 天然潮湿的石头，矿石 - 食盐
电介质的介电常数
03.05.2019
第一章 电介质的极化、电导和损耗
1．介电常数与温度的关系
f
03.05.2Βιβλιοθήκη 19第一章 电介质的极化、电导和损耗
几种极性液体的介电常数
DEr 0E
03.05.2019
第一章 电介质的极化、电导和损耗
2．介电常数与频率的关系
No Image
03.05.2019
第一章 电介质的极化、电导和损耗
二、液体电介质的介电常数
1．中性液体电介质
中性液体电介质的介电常数不大，其值在1.8～2.8范
围内。介电常数与温度的关系是与单位体积中分子数与温 度的关系接近一致。
2．极性液体电介质
这类介质通常都具有较大的介电常数，如果作为电容 器的浸渍剂，可使电容器的比电容增大。但这类电介质通 常都伴随着一个缺点，就是在交变电场中的介质损较大， 故高压绝缘中很少应用，只有蓖麻油和几种合成液体介质 在某些场合有应用的。
1.2 电介质的介电常数
一、介电常数的物理意义：
No Image
03.05.2019
εr： 相对介电常数
第一章 电介质的极化、电导和损耗
一、气体电介质的介电常数
任何气体的介电常数均随温度的升高而减 小，随压力的增大而增大，但影响都很小。 因此，标准电容器可用气体介质。
03.05.2019
第一章 电介质的极化、电导和损耗
三、固体电介质的介电常数
1.中性固体电介质
其介电常数较小
2.极性固体电介质
这类介质的介电常数都较大，一般：3-6，还 有更大的。
属于极性固体电介质：树脂、纤维、橡胶、有 机玻璃、聚氯乙烯、涤纶等。
03.05.2019
第一章 电介质的极化、电导和损耗
介电损耗与介电常数
介电损耗与介电常数引言：介电损耗和介电常数是电介质中两个重要的物理性质。
介电损耗是电介质在交变电场中由于分子摩擦和极化导致的能量损耗现象，而介电常数则是描述电介质在电场中极化程度的物理量。
本文将详细介绍介电损耗和介电常数的概念、影响因素以及应用。
一、介电损耗的概念与影响因素介电损耗是指电介质在交变电场中由于分子摩擦和极化现象导致的能量损失。
当电介质处于交变电场中时，电场会使电介质内的分子发生摩擦运动和极化现象，从而将电能转化为热能。
这种能量损耗被称为介电损耗。
介电损耗的大小与多种因素密切相关。
首先，介电损耗与电介质的性质有关。
不同的电介质由于其分子结构和化学成分的不同，其摩擦和极化现象也会有所差异，因此其介电损耗的大小也会有所不同。
其次，介电损耗还与电场频率有关。
当电场频率较低时，电介质内分子的摩擦运动和极化程度较小，因此介电损耗较小；而当频率较高时，分子的摩擦运动和极化现象加剧，导致介电损耗增大。
此外，温度也是影响介电损耗的重要因素。
随着温度的升高，分子的热运动增强，从而增加了摩擦运动和极化现象，导致介电损耗增大。
二、介电常数的概念与影响因素介电常数是描述电介质在电场中极化程度的物理量。
当电介质处于电场中时，电场会使电介质内的分子发生极化现象，从而在电介质中引入一个电偶极矩。
介电常数就是描述电介质中电场强度与电偶极矩之间关系的物理量。
介电常数的大小与多种因素有关。
首先，介电常数与电介质的性质密切相关。
不同的电介质由于其分子结构和化学成分的不同，其分子极化程度也会有所不同，从而导致介电常数的大小也会有所差异。
其次，介电常数还与电场频率有关。
当电场频率较低时，电介质内分子极化现象较弱，导致介电常数较小；而当频率较高时，分子极化现象加剧，导致介电常数增大。
此外，温度也会影响介电常数的数值。
随着温度的升高，分子的热运动增强，从而影响了分子的极化程度，进而影响了介电常数的数值。
三、介电损耗与介电常数的应用介电损耗和介电常数在众多领域中都有广泛的应用。
一般电介质的介电常数
> 7
-金属粉
-碳黑
-煤粉
-水溶液
-酒精
-氨水
一些溶剂的介电常数（摘自）
物质
介电常数
物质
介电常数
水
81
氨
17(25℃)
甲酸
(16℃)
戊醇
甘油
苯甲醇
糠醛
吡啶
乙二醇
喹啉
(25℃)
硝基甲烷
乙酸甲酯
乙腈
苯胺
硝基苯
乙酸乙酯
甲醇
乙胺
丙腈
溴苯
邻硝基甲苯
氯仿
苯甲腈
265
乙醚
乙醇
丙酸
氯乙醇
二硫化碳
乙酰丙酮
23
乙苯
丙醇
真空
20
1
干砂
乙醚
0
15%水湿砂
约9
液态二氧化碳
20
木头
2～8
甲醇
20
琥珀
乙醇
冰
水
14
虫胶
3～4
液态氨
赛璐璐
液态氦
-253
玻璃
4～11
液态氢
-182
黄磷
液态氧
-185
硫
液态氮
碳(金刚石)
～
液态氯
20
云母
6～8煤油20来自2～4花岗石7～9
松节油
大理石
苯
食盐
油漆
氧化铍
甘油
电介质的介电常数
（摘自E＋H公司“Levelflex M FMP40导波雷达智能物位变送器”产品说明书）
介质组
εr
典型散装固体
典型液体
1
…
-冷凝气体，如N2, CO2
一般电介质的介电常数
-氟里根/氟里昂
-棕榈油
3
1.9…2.5
-波特兰水泥
-石膏
-矿物油
-燃油
4
2.5…4
-谷物种籽
-碎头
-河砂
-苯，苯乙烯，甲苯
-呋喃
-萘
5
4…7
-天然潮湿的石头，矿石
-食盐
-氯苯，氯仿
-纤维素液体
-异氰酸盐、苯胺
6
> 7
-金属粉
-碳黑
-煤粉
-水溶液
-酒精
-氨水
一些溶剂的介电常数（摘自）
物质
介电常数
电介质的介电常数
介质
温度(C)
相对介电常数
介质
温度(C)
相对介电常数
水蒸汽
140～150
1.00785
固体氨
-90
4.01
气态溴
180
1.0128
固体醋酸
2
4.1
氦（气态）
0
1.000074
石腊
-5
2.0～2.1
氢（气态）
0
1.00026
聚苯乙烯
20
2.4～2.6
氧（气态）
0
1.00051
无线电瓷
16
苯甲腈
265
乙醚
4.34
乙醇
25.8
丙酸
3.2
氯乙醇
25.8
二硫化碳
2.65
乙酰丙酮
23
乙苯
2.48
丙醇
22.2
甲苯
2.29
丙酮
21.45
四氯化碳
2.23
氯乙酸
20～21
苯
2.23
电介质极化与介电常数
电气传导特性： 主要物理量为绝缘电导和泄漏电流 电气击穿特性： 主要物理量为击穿场强
一、电介质的极化及 介电常数
极化现象
平板真空电容器电容量：
C0
Q0 U
0A
d
插入固体电解质后电容量：
C Q0 Q' A
U
d
相对介电常数：
r
0
C C0
Q0 Q' Q0
相对介电常数是反映电介 质极化程度的物理量
Q' — 由电介质极化引起的 束缚电荷
一、极化现象
电介质原先不显电性，放入到电场时，由于电场的作 用电介质内部物理结构发生变化，结果导致电介质内 部电荷分布发生变化，出现束缚电荷，整体上对外显 现电性。这个过程称作极化
+ + + + + + + E0
极化前
--- - - --
极化后
电介质的极化有五种基本形式：
气体种类
氦 氢 氧 氮 甲烷 二氧化碳 乙烯 空气
相对介电常数
1.000072 1.000027 1.00055 1.00060 1.00095 1.00096 1.00138 1.00059
液体电介质的介电常数
非极性和弱极性电介质：属于这类的液体电介质有很多， 如石油、苯、四氯化碳、硅油等。它们的相对介电常数都 不大，其值在1.8~2.8范围内。介电常数和温度的关系和 单位体积中的分子数与温度的关系相似 偶极性电介质：这类介质的相对介电常数较大，其值在 3~80范围，能用作绝缘介质的εr值在3~6左右。此类液体 电介质用作电容器浸渍剂，可使电容器的比电容增大，但 通常损耗都较大，蓖麻油和几种合成液体介质有实际应用
研究电介质电气性能意义
一般电介质的介电常数
介电常数
物质
介电常数
水
81
氨
17(25℃)
甲酸
58.5(16℃)
戊醇
16.0
甘油
56.2
苯甲醇
13.0
糠醛
41.9
吡啶
12.5
乙二醇
41.2
喹啉
9.0(25℃)
硝基甲烷
39.4
乙酸甲酯
7.3
乙腈
38.8
苯胺
7.2
硝基苯
36.4
乙酸乙酯
6.4
甲醇
33.7
乙胺
6.2
丙腈
27.7
溴苯
5.4
邻硝基甲苯
27.4
琥珀
2.8
乙醇
16.3
25.7
冰
2.8
水
14
81.5
虫胶
3～4
液态氨
-270.8
16.2
赛璐璐
3.3
液态氦
-253
1.058
玻璃
4～11
液态氢
-182
1.22
黄磷
4.1
液态氧
-185
1.465
硫
4.2
液态氮
2.28
碳(金刚石)
5.5～16.5
液态氯
20
1.9
云母
6～8
煤油
20
2～4
花岗石
7～9
松节油
6～6.5
氮（气态）
0
1.00058
超高频瓷
7～8.5
氩（气态）
0
1.00056
二氧化钡
106
气态汞
400
1.00074
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电介质的介电常数
温度() 温度()
石英玻璃电学性能
石英玻璃具有很高的介电强度，很低的电导率折电损失，即使在高温时，其电导率与介电损失也较一般材料低，特别适合高温高机械应力条件下作高频和电压绝缘材料。
电导率在20o C时，透明石英玻璃的电导率为10-17-10-16西/米，不透明石英玻璃的电导率为10-14-3.2×10-13西/米，其值与石英玻璃的纯度有关。
介电常数在常温和0-106赫兹频率下，透明石英玻璃的介电常数为3.70；不透明石英玻璃为3.50，温度升高，介电常数略有增加，到450o C以后，介电常数显著增加。
介电损失石英玻璃的介电损失与温度的关系是随温度的升高，介电损失增加，在350o C 以上，介电损失随温度的升高而增加更为显著。
石英玻璃的介电损失
击穿强度在200o C时，透明石英玻璃的击穿电压约为普通玻璃的三倍， 500o C时为普通玻璃的十倍。
石英光学玻璃
我厂生产的光学石英光学玻璃窗口片，能耐高温和高压，主要应用于：特种光源，光学仪器，光电子，军工，冶金，半导体，光通讯等领域。
它能实验温度：1200度，软化温度为：1730度，具体参数如下。
1．JGS1（远紫外光学石英光学玻璃）
它是用高纯度氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透
过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185mμ处的透过率可达90％，是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。
2．JGS2（紫外光学石英光学玻璃）
它是用氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
它是透过220—2500mμ波段范围内的良好材料。
3．JGS3：（红外石英光学玻璃）
它是具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500mμ的光学材料。
石英光学玻璃物理性能
高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃
——一种真正全能、广泛应用的材料！
高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃是使用浮法工艺生产的，以氧
化钠（Na2O)、氧化硼（B2O3)、二氧化硅（SiO2）为基本成份的一
种平板玻璃。
该种玻璃成分中硼硅含量较高，分别为硼：12.5～
13.5%，硅：78～80%。
故称此类玻璃为高硼硅玻璃。
属于硼硅酸
盐玻璃中的派来克斯类玻璃。
其特点是热膨胀系数小，拥有良好
的热稳定性、化学稳定性和电学性能，故具有抗化学侵蚀性、抗热冲击性、机械性能好、使用温度高、硬度高等特性，因此又称为耐热玻璃、耐热冲击玻璃、耐高温玻璃，同时也是一种特种防火玻璃。
产品的性能：
1、力学性能
密度ρ： 2.23±0.02g/cm3
莫氏硬度：大于7
2、热力学性能
热膨胀系数：（0-300℃）（3.3±0.1）×10-6K -1
软化点： 820±10℃
应变点： 516±10℃
比热容：（20-100℃）0.82KJ×（㎏×K）-1
导热系数： 1.2W×（m×K）-1
耐热冲击性： 180 K（经钢化以后，该指标可达300K以上）
同片温差性能： 100 K（经钢化以后，该指标可达200K以上）
最高工作温度：短期(<10h) 500℃，长期(>10h) 450℃
3、化学性能
耐水性ISO719/DIN12111 HGB1
ISO720 HGA1
耐酸性 ISO1776/DIN12116 1
耐碱性 ISO695/DIN52322 A2
4、光学性能
折射率：Nd：1.47384
透过率曲线
5、电学性能
电阻率lgρ 250℃ 8.0Ω×㎝
介电损失tanσ(1兆周20℃) 38×10-4
介电常数ε 4.7
6、最大尺寸：850mm×2000mm
7、厚度：2——12mm。