是电介质的相对介电常数
相对电容率和相对介电常数计算公式
相对电容率和相对介电常数计算公式在我们的物理世界中，有两个神秘而又重要的概念：相对电容率和相对介电常数。
这俩家伙看似复杂，其实只要我们用心去理解，也没那么难搞懂。
先来说说相对电容率，它可是电学中的一个重要参数。
想象一下，你有两个平行板电容器，一个里面是真空，另一个里面填充了某种电介质。
这时候，填充了电介质的电容器储存电荷的能力发生了变化，相对电容率就是用来描述这种变化程度的。
相对电容率的计算公式是：相对电容率 = 电容器中填充电介质时的电容 / 真空时的电容。
再看相对介电常数，其实它和相对电容率差不多，只是换了个名字。
相对介电常数的计算公式和相对电容率是一样的。
给大家举个例子吧，有一次我在实验室里做实验，就是为了探究不同材料的相对电容率。
我准备了各种材料，像塑料、陶瓷、玻璃等等。
我把它们分别放进平行板电容器中，然后测量电容值。
记得那次测量玻璃的时候，我特别小心，因为玻璃很脆，生怕一不小心就弄碎了。
我一点点调整仪器，眼睛紧紧盯着示数，心里还默默祈祷着数据能准确。
最后得出的数据让我对玻璃的电学性质有了更深刻的认识。
在实际应用中，相对电容率和相对介电常数可是大有用处的。
比如说在电子设备中，我们要选择合适的电介质来提高电容器的性能，这就需要考虑它们的相对电容率和相对介电常数。
如果选择不当，可能会导致电容器的容量不足，影响整个设备的工作。
在学习这两个概念的时候，大家千万不要被那些复杂的公式和术语吓到。
只要多做实验，多观察，多思考，就一定能掌握它们。
就像我在实验室里那样，细心、耐心，总会有收获的。
总之，相对电容率和相对介电常数虽然有点神秘，但只要我们用心去探索，就能揭开它们的面纱，让它们为我们所用。
希望大家在学习物理的道路上，都能充满好奇，不断前进！。
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。
高电压技术(第1章)
极化、电导和损耗：在外加电压相对较低（不超 过最大运行电压）时，电介质内部所发生的物理 过程。
这些过程发展比较缓慢、稳定，所以一直被 用来检测绝缘的状态。此外，这些过程对电介质 的绝缘性能也会产生重要的影响。
击穿：在外加电压相对较高（超过最大运行电压） 时，电介质可能会丧失其绝缘性能转变为导体， 即发生击穿现象。
离子式结构的固体电介质的体积电导则主要 由离子在热运动影响下脱离晶格移动所形成。
影响固体电介质体积电导的主要因素 电场强度
场强较低时，加在固体介质上的电压与流过 的电流服从欧姆定律。场强较高时，电流将随电 压的增高而迅速增大。
因固体介质发生碰撞游离的场强高，在发生 游离前阴极就能发射电子，形成电子电导，故流 过固体介质的电流不存在饱和区。 温度
荷。
二、电介质极化的概念和极化的种类
极化：无论何种结构的电介质，在没有外电场 作用时，其内部各个分子偶极矩的矢量和平均 来说为零，电介质整体上对外没有极性。
当外电场作用于电介质时，会在电介质沿 电场方向的两端形成等量异号电荷，就像偶极 子一样，对外呈现极性，这种现象称为电介质 的极化。
电介质极化的四种基本形式：
温度升高时，体积电导按指数规律增大。 杂质
杂质含量增大时，体积电导也会明显增大。
固体电介质的表面电导主要是由附着于介质表 面的水分和其他污物引起的。
固体电介质的表面电导与介质的特性有关：
亲水性介质，容易吸收水分，水分可以在其表 面形成连续水膜，如玻璃、陶瓷就属此类。
憎水性介质，不容易吸收水分，水分只能在其 表面形成不连续的水珠，不能形成连续水膜，如石 蜡、硅有机物就属此类。
电负性相等或相差不大的两个或多个原子相 互作用时，原子间则通过共用电子对结合成分子， 这种化学键就称为共价键。
介电常数
介电常数一、介电常数的基本简介介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，在相同的原电场中真空中的电场与某一介质中的电场的比值即为相对介电常数(permittivity),又称相对电容率，以εr表示。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
介电常数（又称电容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*e-12,F/m。
一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。
电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。
例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。
当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。
二、介电常熟的解释“介电常数”在工具书中的解释1．又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。
它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。
相对介电常数愈小绝缘性愈好。
空气和CS2的ε值分别为1.0006和2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为 83.83，与温度有关。
2．介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。
介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。
在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。
介电常数大的溶剂，有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。
介电常数用ε表示。
“介电常数”在学术文献中的解释1.介电常数是指物质保持电荷的能力，损耗因数是指由于物质的分散程度使能量损失的大小。
理想的物质的两项参数值较小。
k2.介质常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子.通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强3．介电常数是指在同一电容器中用某一物质为电介质与该物质在真空中的电容的比值.在高频线路中信号传播速度的公式如下：V=K4.通常将相对介电常数均称为介电常数.反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和透射波的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射体的电导率和介电常数。
电介质实验报告
124.2
3
0.664
1.506
112.0
4
0.740
1.351
100.6
5
0.828
1.208
91.2
6
0.890
1.124
85.6
表 2 平行板电容器的电容量 C 与间距 d 关系
对上面的数据进行拟合：
图 3 C ~ 1/ d 线性拟合
拟合形式： C k 1 b d
K=(7.20+0.74)×10-14， b = (0.0773 ±1.03) ´10-11
1) 介质板厚度的多次测量
序号
1
2
3
d / mm
1.550
1.554
1.552
表 3 多次测量介质板厚度
可得平均值 d=1.552mm
4 1.552
5 1.550
5
(d d)2
uA d
i 1
5(5 1)
0.002mm ， uB2
d
0.004 0.002mm 3
u d 0.003mm
容量。 2) 测量平板电容器的尺寸，计算真空电容量，并与 2 中的结果作比较。实验中采
用多次测量，介质板厚度取多次测量平均值。 3) 计算介质的相对介电常数。
4. 利用面积不同的介质板，研究平板电容器的电容量与介质面积 S 的关系。测量时应 尽
可能把介质板放置在极板中心。 1) 选取厚度相同直径不同的介电板，用游标卡尺测量直径 R，计算面积 S； 2) 分别将介电板放置在电容器两极板之间，用万能电桥测量对应的电容器所对应
成。在 a、b 两端加上电压后，一般情况下，c、d 两点间有电位差，因此 在指示器中便有电流流过。
大学物理电磁学部分07 电介质的极化和介质中的高斯定理
0 0 d' (d d' ) d' d d' 0 0 r r
20
0S
例3：平行板电容器极板面积为 S，充满r1、r2 两种 介质，厚度为 d1 、 d2。 ①.求电容 C；②.已知板间 电压 U，求 0、E、D。 d d
解： ①.设电容带电量 q
1
2.电位移矢量 •电位移矢量是为消除极化电荷的影响而引入的辅助物 理量，它既描述电场，同时也描述了介质的极化。 方向：与介质中的场强方向相同。单位：库仑/米2，
def 定义：电位移矢量 D 0 E P
e 称为电极化率或极化率，
中它是一个纯数。
对于大多数各向同性的电介质而言，极化强度 P 与 电场 E 有如下关系：P e 0 E
注意：决定介质极化的不是原来的场 E 而是介质内实 0 际的场 E 。 E '又总是起着减弱总场 E 的作用，即起着减弱极化
的作用，故称为退极化场。
10
任一点的总场强为： E E0 E'
总结： 在外电场 E 作用下，电介质发生极化；极化强 0 度矢量 P和电介质的形状决定了极化电荷的面密度 ， 而 又激发附加电场 E E ， 又影响电介质内部的总电 场 E ，而总电场又决定着极化强度矢量 P 。 各物理量的关 E p Pn 0
2
q q C U ab E1d1 E2d2
0 0 d1 d2 d1 d2 0 r1 0 r 2 r1 r 2
D D左底 D右底 D侧 D左底 0 导体内 D=0
D D右底 右底 D1dS cos
D D dS q0
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
常见介质介电常数
【正文】：@@1.判别乳状液的类型和稳定性常规测定乳状液类型的方法主要有染料法，冲淡法，电导法，荧光法和润湿滤纸法，这些方法均简单易行其实利用介电常数测试法也可以判别乳状液的类型，其道理同电导法类似电导法所依据的原理是水和油电导率的差异，当乳状液为WO型时，由于外相是油，乳状液的电导率很小，当乳状液为O W型时，由于外相是水，乳状液的电导率很大水和油不仅在电导率方面有差异，在介电常数方面也有很大区别一般纯净原油的相对介电常数接近2，纯净水的相对介电常数接近80，所以原油乳状液的相对介电常数基本介于2和80之间当原油乳状液的外相为油时，乳状液的介电性质同油的性质类似，所以测得的介电常数偏小当乳状液的外相为水时，乳状液的介电性质同水的性质类似，所以介电常数偏大，因此，根据被测乳状液介电常数的大小，可判断乳状液的类型曾测试两种原油乳状液的相对介电常数分别是6.8和75.4，初步判断前一种是WO型，后一种是OW型，当用染料法和润湿滤纸法进行验证后，确认判断结果是正确的，这说明用介电常数测试法判别乳状液的类型是可行的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
观察纸介电容器的构造
该元件有两片锡箔（导体）， 中间是一层薄纸。
圆柱型水杯容器的储水问题:
h
h
A
B
C
1.水位每升高h，试比较A、B、C的储水量
2.哪个储水本领大？ 如何反映其储水本领？
水量Q 深度h
截面积S
思考与讨论
那电容器储存电荷的本领 如何表征呢？
CQ U
二.电容
1、固定电容器：电容固定不变 聚苯乙烯电容器 电解电容器 ：
正负极不能接反，不能接交流电 2、可变电容器
通过改变两极间的正对面积或距离来改变 电容
电容式传感器
电容器的电容C决定于极板的正对面积S、极板间距离d以及极 板间的电介质这几个因素。如果某一物理量（如角度、位移、深
度等）的变化能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，
研究平行板电容器 的电容和哪些因素有关
演示
三、平行板电容器的电容
1.板间是真空时：
C s
4 kd
2 .板间充满介质时： C r s 4 kd
式中 S表示两板的正对面积
d表示两板间的距离
εr是电介质的相对介电常数，与电介质的性质有关。
几种常用介质的相对介电常数：见课本P30
四、常用电容器
1、电容器所带电量Q与电容器两极板间的电势差 U的比值，叫电容器的电容。符号C。
2、电容的定义式: C Q U
Q指每一个极板带电量绝对值, U表示电容器两板的电势差—电压.
理解： 电容器的电容与Q、U无关，由电容器本身 的结构决定。
3、电容在数值上等于使两极板间的电势差增 加1V时，所需要的电荷量。
A．电AD容器的电容C变大 B．电容器极板的带电量Q变大 C．电容器两极间的电势差U变大 D．电容器两极板间的电场强度E不变
电容器放电过程中 电流随时间变化的图像
1、在图中画一个狭长矩形，它 的面积的物理意义是什么？
电荷量
2、怎样根据图像计算电容器在 全部放电过程中释放的电荷量？
图像与坐标轴间的面积 40格 Q=3.2×10-3C
3、注意电解电容器的极性
一、电容器
小结
1、任何两个彼此绝缘又相互靠近的导体都可以构成电容器。
2、 电容器的充电：电容器与电源相连，电源能量→电场能
电容器的放电：电容器与导线相连，电场能→其他形式能
二、电容
1、定义: C Q Q U U
C与Q、U无关
2、单位：法拉F 1F=106μF=1012pF 三、平行板电容器的电容
则通过测定电容器的电容就可以确定上述物理量的变化，起这种 作用的电容器称为电容式传感器。
θ 图甲是测量 角度θ 的电容式传感器，原理是
由于C∝S，动片与定片间的角度θ发生 。
变化时，引起S的变化，通过测出C的
甲
变化，测量动片与定片间的夹角θ
定片
图乙是测量液面高度h 的电容式传感器，原理是
由于C∝S，h发生变化，金属芯线和 导电液体组成的电容发生变化，通过
四、常用C电容4器rksdC与电ε解r 、电S、容d器有关
五、电容器使用时注意的问题
可变电容器
工作电压≤额定电压<击穿电压
电解电容器有极性，正负极不能接反，不能接交流电
例题பைடு நூலகம்
1、平行板电容器充电后，继续保持电容器的两极板
与电源相连，在这种情况下，如增大两板间距d， 则电容器电容C、板间电势差U、电容器所带电量 Q，板间场强E分别如何改变？
。
乙
测定C的变化，可以测量液面高度h
h
的变化。
金属芯线 电介质
导电液体
图丙是测量 压力F 的电容式传感器，原理是
由于C∝1/d，压力F 作用在可动电极上，引起极板间距 ,
d 的变化，通过测出C的变化，测量压力F的变化。
。
固定电极 丙
极板
丁
x
F 可动电极
电介质
图丁是测量 位移x 的电容式传感器，原理是
3、根据以上数据估算出的电容是多少？ C=4×10-4F
思考题
1.相邻两个同学能否构成电容器？ 能
2.两个平行金属板夹上一层绝缘 物质能否构成一个电容器?
能
充电过程
演示
注意：
①电容器充电的过程中，在两极间加电压、 两板带等量异种电荷不断增大,直到两极电压等 于电源电压为止，该过程中电路中有短暂的充 电电流；
由于C 随着电介质进入极板间的长度发生变化， ,
通过测出C的变化，测量位移x的变化。
。
五、电容器使用时应注意的问题
1、电容器的击穿电压： 加在电容器两极板上的电压不能超过某
一限度，超过这个限度，电介质将被击穿， 电容器损坏，这个极限电压称为击穿电压。 2、电容器的额定电压：
电容器正常工作时的最大电压 额定电压低于击穿电压
②电容器充电后切断电源电荷不消失，从电 源获得的电能储存在了电场中——电场能。
③电容器的电量：指一个极板所带电量的绝 对值。
放电过程
演示
充电后，继续保持电容器与电源相连，电容器
两板间电势差U不变.如增大d，则由
，
C 将减小C，再4，rkSdQ减小，依E=U/d，E将增大。
2、平行板电容器充电后，切断与电源的连接。在这
种情况下，如增大d，则C、 U、Q、E分别如何改
变？
C变小、Q不变、U变大、E不变
课堂训练
2、平行板电容器充电后，与电池两极断开 连接，当两极板间的距离减小时（ ）
C Q U
4、意义：电容是一个反映电容器容纳电荷本 领大小的物理量。
5、单位：
国际单位制：法拉——法（F） 1F=1C / V
常用单位：微法（μF);皮法（pF) 1F=106μF=1012pF
课堂训练
1、某一电容器，当所带电量为4×10-6C，两极 板间的电势差为20v，求
（1）电容器的电容 （2）当所带电量减半时，电容器的电容为多少 （3）如果电容器不带电呢？