电介质对电容的影响
大学物理复习——电容器和电介质
q
2
8 0R
E内 0
R O
q
q2 q2 另解：C 4 0 R , W e 2C 8 0 R
例 3：一个单芯电缆半径为 r1 ，铅包皮的内半径为 r2 ，其间充有相对电容率为εr 的电介质，求：当电缆 芯与铅皮之间的电压为U12时，长为 L 的电缆中储存 的静电能。
P
O
x
d
A
B
12.2 电容器的连接 1.串联:
q q1 q2
q1 q1 q 2 q 2
C1 C2
q q C U U1 U 2
1 1 1 C C1 C 2
2. 并联:
U U1 U 2
等效电容
q
q
C
U1
U2
U
q1 q1
A B AB
q 0S (3)由电容定义： C 得： C U A UB d 0S 平板电容器电容： C d
0S
仅由 S , d , 0 决定,与其所带电量、极板间电压无关。
2. 球形电容器 两极板的半径 R A , RB ( RB R A R A ) q ；两板间场强： q E (1)充电 4 0 r 2 (2)两极板间电势差：
U
等效电容
q
U U1 U 2 q q1 q2
C1 q 2 q2
C2
q
C
C C1 C 2
U
U
12.3 电介质（介电质）对电场的影响 电介质 — 不导电的绝缘物质。 q0 一、电介质对电场的影响 C0 1.充电介质时电容器的电容 q
电介质对电容的影响知识讲解
三 电极化强度
P
p
p :分子偶V极矩
P P:的电单极位化：强C度m2
Pp'Sl'
V Sl
表面极化电荷面密度
S
l -+ +
r
-+ ++- + P
+-+
&+- - -+- -+- -+- -+ - +-
' Pn
四 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系
EE'E0rEr 1'EE0 r0
' rr 10 Q' rr 1Q0
P （ r1 )0E
P0E
-+ + -+ + +- + +-+ +- +-+
d
r
E0
E' E
-+- -+- -+- -+- -+- +-
E0 0 /0 E E0 /r P '
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电介质对电容的影响
无极分子的极化 E=0
p E
E
E
电介质在外场作用下,在垂直于电场方向的介质 表面产生极化电荷——电解质的极化现象
有极分子的极化
无外电场
F F
E
有外电场
E
E 无论是有极分子的极化，还是无极分子的极化， 虽然电介质极化的微观机理不尽相同，但在宏观上 都表现为电介质表面出现了极化面电荷。
插入电介质板与导体板对电容器电容影响的理论分析
插入电介质板与导体板对电容器电容影响的理论分析作者：张洪明严云佳来源：《中学物理·高中》2015年第01期2错因剖析这里主要区别在于电容器内部插入电介质板与插入金属极板对电容器电容的影响，以上分析平行金属板插入电容器内部时对电场强度的影响是正确的，但是这里的等效两极板间距变小是有问题.因为电容器决定因素C=[SX（]εS4πkd[SX）]公式里面的d是指两个极板之间的垂直距离，而实际上插入电介质（就是绝缘介质）时候的原理与金属的相似，但是略有不同，如图4演示实验连接，然后给电容器充上电，把一有机板插入两极板之间，静电计指针偏转角度反映出两极板的电势差的大小，电容器充电后撤掉电源带电量保持不变，所以电势差增减反映出电容的增大或减小.当电容器之间插入金属板时，如题目2中在金属板静电平衡以后，在金属两个表面产生的感应电荷会在金属板内部产生感应电场，它的方向与原电场强度等大反向.这样就使得电容器内部区域的总场强整体被削弱，使得两极板之间的电压降低，由C=Q/U可知电容器电容变大了，究其本质是感应电荷产生感应电场与原来金属板位置原电场叠加导致.保持电容器带电量不变，如果增加金属板占据的空间，当金属板厚度是电容器两极板间距的一半d/2时，两极板间电压也减小到原来一半，电容增大到原来两倍，也就是等效原来总场强被削弱了（金属板占据空间实际合场强为零），两极板间场强的任何削弱，都会导致电势差的降低.插入电介质使电容器电容增大的原因也可作类似的解释.可以设想，把电解质插入电场后，由于同号电荷相斥，异号电荷相互吸引，介质表面上也会出现类似题目2金属板两表面出现感应电荷一样，起到削弱原场强、增大电容的作用，不同的是，导体上出现感应电荷是其中自由电荷重新分布的结果，而电介质上下两截面中出现极化电荷，是其束缚电荷的微小移动造成的宏观效果.由于束缚电荷的活动不能超出原子范围，因此电介质上的极化电荷比导体上的感应电荷在数量上要少得多.极化电荷在电介质上内产生的电场强度不能把外电场的场强全部抵消，只能使得总场有所削弱.综上所述，导体板引起电容增大的原因在于自由电荷的重新分布，电介质引起电容增大的原因在于束缚电荷的极化.极化的微观机制：任何物质的分子或原子（统称分子）都是由带负电的电子和带正电的原子核组成的，整个分子中电荷的代数和为零，正、负电荷在分子中都不是集中于一点的，但在离开分子的距离比分子的线度大得多的地方，分子中全部负电荷对于这些地方的影响将和一个单独的负电荷等效，这个等效负点电荷的位置成为这个分子的负电荷“重心”.例如一个电子绕核做匀速圆周运动时，它的“重心”就在圆心，同样，每个分子的正电荷也有一个正电荷“重心”.电介质分成两类，一类是在外电场不存在时正负电荷的“重心”重合的，叫无极分子；另一类是在外电场不存在时，电介质的正负电荷“重心”也不重合，虽然分子的正负电荷代数和为零，但等量的正负电荷“重心”互相错开，形成一定的电偶极矩，这类分子叫有极分子.（1）无极分子的位移极化.H2，N2，Cl4等分子是无极分子，加上外电场后在电场力作用下每一个分子的正负电荷“重心”分开如图6（a），形成一个电偶极子，电偶极矩方向沿着外电场，始端为负电荷，末端为正电荷，对一个电介质整体来说，由于其中每一个分子形成电偶极矩的情况可以用图6（b）表示，各个偶极子沿着外电场方向排列成一条“链子”，链子相邻的偶极子间正负电荷互相靠近，因而对于均匀电介质来说，其内部仍然是电中性的.但在和外电场垂直的两个端面上，一端出现负电荷另一端出现正电荷，这就是极化电荷，如图6（c）所示，极化电荷与导体中的自由电荷不同，它们不能离开电介质转移到其它带电体上也不能在电介质内部自由运动，在外电场作用下出现极化电荷的现象就是极化现象.由于此时移动的主要是电子因此无极分子的极化也称为电子位移极化.（2）有极分子的取向极化.H2O，HCl，NH3等水分子是有极分子的例子，在没有外电场时，虽然每一个分子具有电偶极矩，但是由于分子的不规则热运动，在任何一块电介质中，所有分子的电偶极矩的矢量和平均来说互相抵消，宏观上不产生电场.现加上外电场E0，则每个分子电偶极矩都受到力矩作用转向外电场方向，由于总的矢量和不等于零，由于分子热运动这种转向不完全，即所有分子的电偶极矩不是整齐的按照外电场方向排列起来.外电场越强排列越整齐，在垂直电场的两个端面上也产生了少量的极化电荷，这种极化方式称为取向极化.实际上电子位移极化在任何电介质中都存在，而分子取向极化只有是有极分子构成的电介质独有的.但是实际上有极分子构成的电介质中取向极化比位移极化强得多，因而其中取向极化是主要的.从以上分析可以知道，实际上无论是插入那种电介质都会使得电容器电容增大的，但是由于一般情况下，在外电场作用下，电介质（绝缘介质）在上下表面产生的极化电荷数量远小于同样情况下金属极板自由电荷在上下表面产生的感应电荷，所以插入金属极板使得电容的增大比插入电介质的要大.也就是说同学在这个问题中进行了将电介质换成金属板等效成ε介电常数减小就已可以了，而同学又进行了第二次等效，就是插入金属认为等效距离减小，所以造成无法判断电容器电容增大还是减小，还有电容器的决定式C=[SX（]εS4πkd[SX）]中d就是电容器两个极板之间的垂直距离，造成电容减小的原因不是d减小，而是U=Ex中在计算电容器电压时候，由于插入介质部分的电场强度变小计算时两极板的电压减小由C=[SX（]QU[SX）]所以电容器电容变大.也就是说用插入金属板等效距离减小的思想来解决电容器电容变化这个思路是错误的，插入金属板（或电介质）都是等效成介电常数ε变化而不是两极板距离变化.。
静电场中的电介质(2)
23
[例2]如图，两个半径分别为R1和R3的同心导体球面，带电量分 别为+Q、-Q，其中间充满相对介电常数分别为r1和r2的两层各向 同性均匀电介质，它们的分界面为一半径为R2的同心球面。求此 带电体系产生电场的能量。
解： 分析电场分布，求E。
选取球形高斯面，
则
D dS D4r2 Q
S1
D 0rE
S令
D 0rE E
称为电位移矢量
介质场中的高斯定理： D dS q0
S
说明：① D是一个辅助量，真正有意义的是场强 E。
它指出，通过闭合曲面的电位移通量，等于此闭合曲面内所 含的自由电荷。
② q0指曲面内所包含的自由电荷，与极化电荷无关，
E是由空间所有的电荷产生。
10
四、电位移矢量与电场强度的比较
E E0
r
' (1 1 ) r
介质场中的高斯定理
sD dS q0
29
三、电场的能量
e
1 2
DE
W
V edV
V
1 2
D
EdV
V
1 E2dV
2
We
Q2 2C
1 2
C(
UA
UB )2
1 2
Q(
U
A
UB)
四、电容和电容器
孤立导体:
q U
C
先设q 再求C
电容器: q C 先设q 再求C
解：两层介质中有
D1 D2 0 D
0 +
+
+
+
A
+
r1
d1
E1
D 1
0 0r1
E2
电场和电容的关系
电场对电容的影响因素
电场强度：电场强度越大，电容器中的电荷量越多，电容越大
电介质：电介质的性质会影响电容器的电容量，例如电介质的介电常数、电导率等
极板面积：极板面积越大，电容器中的电荷量越多，电容越大 极板间距：极板间距越小，电容器中的电荷量越多，电容越大
电场对电容的改变规律
电场强度与电容 之间的关系：电 场强度越大，电 容越大
电容器可以改变 电场的频率，形 成交流电场
电容对电场的影响因素
电容器极板面积：面积越大，电容越大，对电场的影响越明显 电容器极板间距：间距越小，电容越大，对电场的影响越明显 电容器极板材料：不同材料具有不同的电导率，影响电容器的电容量 电容器极板形状：不同形状的极板会影响电场的分布和强度
电容对电场的改变规律
电场极性对电容 的影响：电场极 性不同，电容值 也不同
电场频率对电容 的影响：电场频 率越高，电容值 越小
电场方向对电容 的影响：电场方 向不同，电容值 也不同
03
电容对电场的影响
电容对电场的改变
电容器可以储存 电荷，改变电场 强度
电容器可以改变 电场的分布，形 成电场线
电容器可以改变 电场的方向，形 成电场力
电容器充电时， 电场强度逐渐增 大
电容器放电时， 电场强度逐渐减 小
电容器容量越大 ，电场强度变化 越慢
电容器容量越小 ，电场强度变化 越快
04
电场和电容的实际 应用
电场和电容在电子设备中的应用
电场：控制电子流动，实现 信号传输
电容器：滤波、耦合、谐振 等作用
电容器：存储电能，稳定电 压
电场：电磁感应、电磁波等 应用
电场的定义
电场是电荷周围存在 的一种特殊物质，它 对处于其中的其他电 荷产生力的作用。
电容压电效应
电容压电效应电容压电效应是指当施加在电介质上的机械应力改变时，电介质内部会产生电荷分布的现象。
这种效应广泛应用于传感器、声音的录制和再现、振动计以及压电陶瓷等领域。
电容压电效应的原理是基于电介质的极化机制。
当施加机械应力时，电介质的晶体结构会变形，导致其中的电荷分布发生改变。
这种改变会导致电介质内部产生电场，从而形成电容。
电容压电效应的应用之一是压电传感器。
压电传感器利用电容压电效应来测量物体的压力或力的大小。
当物体施加压力时，压电传感器的电介质会发生形变，导致电容的改变。
通过测量电容的变化，可以确定物体所受的压力大小。
压电传感器广泛应用于工业自动化、汽车、医疗设备等领域。
除了压力传感器，电容压电效应还可以用于声音的录制和再现。
在麦克风中，声音的波动会导致麦克风的膜片发生振动，进而改变电容的大小。
通过测量电容的变化，可以将声音转化为电信号，进而进行录制和再现。
这种原理也被应用于扬声器中，通过施加电流使电容改变，从而产生声音。
电容压电效应还被广泛应用于振动计。
振动计利用电容压电效应来测量物体的振动频率和振幅。
当物体振动时，振动计的电介质会发生变形，导致电容的改变。
通过测量电容的变化，可以确定物体的振动频率和振幅。
振动计在机械工程、建筑工程等领域中有重要的应用。
电容压电效应还被应用于压电陶瓷。
压电陶瓷是一种特殊的材料，具有压电效应。
当施加电场时，压电陶瓷会发生形变；而当施加机械应力时，压电陶瓷会产生电荷分布。
压电陶瓷的这种特性使其广泛应用于超声波发生器、无线电设备、传感器等领域。
总结一下，电容压电效应是一种基于电介质的极化机制的现象。
通过施加机械应力，可以改变电介质的电荷分布，从而产生电容。
电容压电效应在压力传感器、声音的录制和再现、振动计以及压电陶瓷等领域中有广泛的应用。
这些应用使得电容压电效应成为了现代科技领域中不可或缺的一部分。
大学物理 电介质
χ = εr − 1 电极化率
令 ε r = (1 + χ e ) 为相对介电常量（相对电容率）
ε = ε 0ε r ～电介质的电容率
5
四、极化电荷与自由电荷的关系
E
=
E0
−
E'=
E0 εr
E'=
εr − 1 εr
E0
d
σ'=
εr − εr
1
σ
0
Q' =
εr − εr
即 D⇒ E ⇒ P ⇒σ′ ⇒q′
9
物理意义
E
单位试验电荷 的受力
单位体积内的 P 电偶极矩的矢
量和 无物理意义， D 只有一个数学 上的定义 D = ε0E + P
= ε 0ε r E
特点
真空中关于电场的讨论都 适用于电介质：高斯定律、 电势的定义、环路定理等
各向同性均匀电介质中
P = ε0χe E ，表面束缚电荷 σ ′ = P ⋅ n ，电介质中P ≠ 0
D = (1+ χ )ε0E
ε r = (1 + χ )
ε = ε rε 0
相对电容率或相对介电常量
电容率或介电常量
D＝ε0ε r E = εE
•注意： D 是辅助矢量，描写电场性质的物理量仍为 E ,V
对于真空 χ e = 0 ε r = 1 ε = ε 0 则 D = ε 0 E
3、有电介质时的高斯定理的应用
在垂直于电场方向的两个表面上，将产生极化电荷。
4.极化电荷
在外电场中，均匀介质内部各处仍呈电中性，但在介质表 面要出现电荷，这种电荷不能离开电介质到其它带电体，也不 能在电介质内部自由移动。我们称它为束缚电荷或极化电荷。 它不象导体中的自由电荷能用传导方法将其引走。
电介质对电容的影响
P
p
V
p :分子偶极矩
P :电极化强度
P 的单位：C m2
P p 'Sl '
V Sl
表面极化电荷面密度
S
l -+
+ r
-+ ++P
+
+-+
+-
+ -+
+- - -+- -+- -+- -+ - +-
' Pn
四 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系
E
E
E0
'
E
r r
' E0
9—3 静电场中的电介质
一 电介质对电容的影响 相对电容率
U0
Q
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
+
-
C0
Q
U
Q
r
+
-
+
-
+
-
+
-
++
--
+
-
C
Q
U
1
r
U0
E E0
r
C rC0
相对电容率 r 1
电容率 0 r
二 电介质的极化 无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等） 有极分子电介质：（水、有机玻璃等）
1
E0
r
'
r 1
r
0
Q'
r
电介质极化对电容的影响英文
电介质极化对电容的影响英文The Impact of Dielectric Polarization on Capacitance.Dielectric polarization is a crucial phenomenon that significantly affects the capacitance of capacitors. Inthis article, we will explore the relationship between dielectric polarization and capacitance, discussing how it affects the performance of capacitors in various applications.Dielectrics are materials that can be found in three different states: gas, solid, and liquid. They are widely used in electrical devices as insulating materials. When placed in an electric field, dielectrics exhibit electrical phenomena such as polarization, conduction, and loss. Polarization, in particular, is a critical aspect of dielectric behavior that has a profound impact on capacitance.Dielectric polarization occurs when a dielectricmaterial is placed in an electric field. This process involves the displacement of bound charges within the material, leading to the formation of electric dipoles. The polarization of the dielectric material effectively weakens the external electric field, resulting in an increase in the equivalent capacitance of the system.The polarization of dielectrics can be further classified into two types: orientation polarization and induction polarization. Orientation polarization occurs when the dielectric molecules themselves possess permanent electric dipoles, and the external electric field only modifies the orientation of these dipoles. Materials that exhibit orientation polarization typically include azobenzene and liquid crystals. On the other hand, induction polarization occurs when the dielectric molecules do not possess permanent dipoles but are polarized by the external electric field. This type of polarization is common in materials such as water molecules and inorganic ion crystals.The polarization of dielectrics has a direct impact oncapacitance. As the dielectric material极化, it produces polarization charges that alter the electric field distribution within the capacitor. This modification leadsto an increase in the capacitance of the system, allowingit to store more charge than it would without thedielectric. The polarization process effectively increases the effective area of the capacitor plates, resulting in a higher capacitance.In addition to increasing capacitance, dielectric polarization also affects other electrical properties of capacitors. For example, it can lower the dielectric constant of the material, which is a measure of its ability to respond to an electric field. As the polarization occurs, it reduces the electric field strength between thecapacitor plates, leading to a decrease in the dielectric constant. This reduction in the dielectric constant can affect the performance of capacitors in certain applications.Moreover, dielectric polarization can also impact the conductivity of the material. As the polarization processoccurs, it can restrict the movement of electrons within the dielectric, leading to a decrease in conductivity. This reduction in conductivity can affect the efficiency and performance of capacitors, particularly in high-frequency applications.Additionally, dielectric polarization has an influence on the thermal properties of capacitors. The polarization process can lead to the rearrangement of electrons within the dielectric, creating polarized regions. These polarized regions can cause internal heating and thermal losseswithin the capacitor, affecting its long-term stability and reliability.Polarized capacitors are a specific type of capacitor that utilizes dielectric polarization to store charge. These capacitors consist of a dielectric material sandwiched between two electrodes. They are designed to store charge and maintain a stable voltage across their terminals. Polarized capacitors are widely used in electronic circuits, signal processing, power circuits, and communication systems.In summary, dielectric polarization plays a crucialrole in determining the capacitance and overall performance of capacitors. By understanding the polarization processes and their impact on capacitance, we can design more effective and reliable capacitors for various applications. Future research in this area could lead to the development of new dielectric materials and improved capacitor technologies, further enhancing their performance and versatility.。
电介质与电容器：电介质对电容器性能的影响与应用
电介质与电容器：电介质对电容器性能的影响与应用电容器作为一种重要的电子元件，在电子技术中有着广泛的应用。
而电介质作为电容器的重要组成部分，对电容器的性能和特性有着重要的影响。
本文将探讨电介质对电容器性能的影响以及其在实际应用中的作用和意义。
首先，电介质的选择对电容器的性能具有至关重要的影响。
不同的电介质具有不同的电介电常数、介电强度、机械特性等，这些性质直接影响着电容器的电容值、抗击穿能力、耐久性等方面。
常见的电介质材料有陶瓷、塑料、纸介质等。
陶瓷电介质是电容器中最常见的一种，它具有高电介电常数、良好的介电强度和稳定性，因此在高频电路和功率应用中得到广泛应用。
陶瓷电容器可以承受的电压较高，适合用于高压场合，同时由于具有较小的损耗，可用于高频电路和射频电路中。
塑料电介质则具有较小的电介电常数和比较低的介电强度，但具有优异的绝缘性能和稳定性，适用于大多数的低频和直流应用。
而纸介质由于其优良的电介特性和物理特性，常用于一些较低的电容值和电压值的应用，如各类耦合电容器和滤波电容器。
其次，电介质的性能和特性决定了电容器的使用条件和环境。
不同的电容器对电介质的要求也有所不同。
例如，高电压电容器对电介质的击穿强度要求较高，电容器在高压工作环境下需要具备较好的击穿电压和热稳定性。
而在冷却条件艰苦的环境中工作的电容器，则需要具备较好的机械强度和耐振动能力。
因此，在选择电容器时，需要根据具体的应用环境和要求来选择合适的电介质材料。
除了对电容器性能的影响外，电介质在电容器的应用中还具有其他重要的功能。
首先，电介质能够有效隔离电容器的电极，防止电极直接短路。
在电容器中，两个电极之间由于电介质的存在，形成一个绝缘的电场，并具有一定的电容值。
其次，电介质还能够提高电容器的稳定性和可靠性。
由于电介质具有较好的绝缘特性，可以有效减少电容器内部的电荷泄漏和介电损耗，从而提高电容器的稳定性和使用寿命。
电介质还可以减少电容器的体积和重量，提高电容器的能量密度和功率密度，适用于一些对体积和重量要求较高的场合。
我的电磁学讲义17：电介质
我的电磁学讲义17：电介质电介质电介质就是绝缘体。
电容器两极板之间往往夹有电介质。
这样做的好处是，⼀提⾼电容器的⼒学稳定性。
⼆是增加两极板之间的最⼤容许电势差，以免电容器被击穿。
⼀般⽽⾔，电介质的击穿电压⾼于空⽓。
三是，能提⾼电容器电容。
电容器插⼊电容器后，电容器两极板之间的电压会减⼩，如图1所⽰。
图1 将电介质插⼊电容器后，两极板间电压减⼩电介质插⼊前后，电容器两极板间电势差分别为U_0和U，⼆者的⽐值为\begin{equation*} \epsilon_r=\frac{ U_0}{U} \gt 1 \end{equation*}电容⽐值为\begin{equation*} \epsilon_r=\frac{ C}{C_0} \end{equation*}常数\epsilon_r为相对介电常数，也称相对电容率，这是⼀个⽆量纲的数。
真空的相对介电常数定为1，空⽓的相对介电常数为1.0006，⾮常接近1。
极化电容器极板间插⼊电介质，两极板电势差减⼩，说明两极板间的电场减弱了。
对于平⾏板电容器，电介质插⼊前后的电场E_0和E的关系为：\begin{equation*} E=\frac{E_0}{\epsilon_r} \end{equation*}电场变⼩，说明表⾯电荷密度也要变⼩，极板上的电荷不会发⽣变化，但是会在电介质上表⾯诱导出相反电荷。
电介质是电中性的，放⼊电容器之间仍然会保持为电中性，但是会重现排布电介质内的电荷，这种现象叫做极化。
⼀个中性分⼦所带正电荷与负电荷的量值总是相等的。
但⼀般情况下，每个分⼦内的正、负电荷都不是集中在⼀点⽽是分布在分⼦所占体积之中的，线度为10^{-10}\mathrm m数量级内的体积。
有些电介质的分⼦的等效正、负电荷中⼼不重合的电介质称为有极分⼦电介质。
如 HCl 、 H2O、CO、SO2、NH3、……。
其分⼦有等效电偶极⼦，它们的电矩称作分⼦的固有电矩。
图2 有极分⼦有些电介质的分⼦的等效正、负电荷中⼼重合的电介质称为⽆极分⼦电介质，分⼦的固有电矩为 0 ，如所有的惰性⽓体及CH4等。
电容电介质作用
电容电介质作用
电容电介质在电容中起着至关重要的作用，主要有以下几点：
1. 电介质能够分隔两个电极，增加电容器的容量，提高电容器的稳定性。
2. 电介质在电场中会发生极化，改变电容器的介电常数，进而改变电容器的特性。
3. 电介质在电场中会发生电阻和介质损耗，此时电容器会产生热量。
电阻产生的热量直接由电介质吸收并散发出来，而介质损耗产生的热量则通过辐射或传导逸出到周围环境中。
4. 电介质在电子器件、电容器、变压器、绝缘材料等领域有着广泛的应用。
在电容器中，电介质作为储存电能的介质；在变压器中，电介质作为绝缘材料保护电线圈；在电子器件中，电介质作为基板或封装材料。
另外，电介质还可以用于光学器件、声学器件、生物医学领域等。
因此，选择合适的电介质材料和优化电容器的结构是减少电介质损耗的有效方式。
同时，降低电容器运行温度、控制电压大小和频率等也能起到一定的减少损耗的效果。
物理静电场——电介质对电容的影响
等效的正、负点电荷所在的位置称为等 效正、负电荷的“中心”（或“重心”）。
5
大学物理 第三次修订本
第6章 静电场
2. 有极分子电介质、无极分子电介质
凡分子的等效正、负电荷中心不重合的电
20
大学物理 第三次修订本
第6章 静电场
P cos Pn
均匀电介质表面产生的极化电荷面密度等 于该处电极化强度沿表面外法线方向的投影。
π : 极化电荷带正电。
2
π : 极化电荷带负电。
2
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大学物理 第三次修订本
3
大学物理 第三次修订本
第6章 静电场
加入电介质后两极板间电压减小了, 表 明其间电场减弱了。
EU d
U0
rd
1
r
E0
电场减弱的原因是电介质的微观结构与 外电场的相互影响。
将电介质至于外电场中,其表面也会出现电荷 ?
4
大学物理 第三次修订本
第6章 静电场
二、 电介质分子的电结构 1. 分子中等效正、负电荷的 “中心”
加入电介质后电容器的电压下降了εr倍, 但电量不变。
电容增加为 C＝ εr C0 相对介电常数εr 大于 1， 其大小随电介 质的种类和状态不同而不同, 是电介质的特征 常数。 相对介电常数与真空介电常数的乘积称
为介电常数: 0 r
干燥空气的相对介电常数:
εr = 1.00059 ≈1 ( 0oC; 1atm）
叫电极化率，是一个无量纲的纯数。 同一点， 是一个常数,但不同点的 值可 以不同。如果电介质中各点的 值相同，就称
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物理静电场——电介质对电 容的影响
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
9-7 电介质
一.电介质
电介质是指在通常条件电阻率超过108.m 的物质下导电性能极差的物质。
电工学中一般认为电阻率超过108.m的物 质就属于电介质。 电介质可以作为绝缘材料使用，同时，在电 场作用下，电介质会被极化，某些固体电介质具 有许多与极化相关的特殊性能，如电致伸缩、压 电性、铁电性等等。
r
R2
R1
r R1
r R2 E q0
E 0
4 0r 2
R1 r R2
E
4 0 r r 2
q0
r
r
r
R2
R1
UO Edr Edr Edr Edr
0 0 R1 R2
R1
R2
R2
R1
0 r r
q0
2
dr
R2
σ ' -
E 2 2 0 0
σ ' - - - - - - - - - - - - - - - - +
+
+ +
0
适用于各向同性的 0 E0 0 E E0 E 均匀电介质充满整个电 0 0 r 0 r
0 0
+ + +
+ +
+ + + + + + + + + + + + + + + + +
r
S
D d S q 0
S
通过高斯面的电位移通量等于高斯面所包围
陶瓷电容介质吸收效应
陶瓷电容介质吸收效应
介质吸收效应是指电介质在交变电磁场作用下产热所损耗的能量。
它是介质内部电荷分配的磁滞现象，会使一个电容器迅速放电，之后断开的电路将出现部分电荷重新恢复的现象。
这种现象会对电路产生影响，如造成电容经过一段时间压差后，断电仍存在残余电荷，在高阻抗互连中产生一些残余电势。
对于陶瓷电容器和聚碳酸酯电容器，介质吸收效应在0.2$\%$左右，好的聚苯乙烯电容器残留效应可以达到0.002$\%$，云母电容器和钽电容的介质吸收效应更高在1$\%$-5$\%$。
塑料的电介质常数与电容率比较
塑料的电介质常数与电容率比较塑料作为一种常见的材料，在电子领域中扮演着重要的角色。
塑料的电介质常数和电容率是描述其电学性质的重要参数。
本文将对塑料的电介质常数和电容率进行比较，并探讨其在实际应用中的意义。
一、塑料的电介质常数电介质常数，也称为相对介电常数，是用来描述电介质对电场的响应能力的物理量。
它反映了电介质中电荷偏离均衡位置的难易程度。
塑料在电介质常数方面表现出较大的差别。
1. 低电介质常数的塑料有些塑料的电介质常数相对较低，比如聚四氟乙烯（PTFE）和聚乙烯（PE）等。
这些塑料由于电介质常数较低，具有较小的电场响应能力，能够在电场的作用下减少电荷的偏离现象。
因此，它们常被用作电容器的绝缘材料，以避免电荷泄露和能量损耗。
2. 高电介质常数的塑料另一些塑料的电介质常数相对较高，比如聚酰亚胺（PI）和聚苯乙烯（PS）等。
这些塑料由于电介质常数较高，具有较大的电场响应能力，可以对电场进行更好的传导。
在一些应用中，如电容器中，这些塑料被用作填充材料，以提高电容器的电介质常数，从而增加电容器的电容量。
二、塑料的电容率电容率是描述电介质储存电荷能力的物理量。
它是由电介质材料的电介质常数和介电损耗因子所确定。
电容率越高，表示电介质能够储存更多的电荷。
1. 低电容率的塑料有些塑料的电容率相对较低，比如聚丙烯（PP）和聚乙烯醇（PVA）等。
这些塑料由于电容率较低，能够减少电介质中的电荷损耗，提高电荷的储存能力。
因此，它们常被用于制造电容器等储能装置。
2. 高电容率的塑料还有一些塑料的电容率相对较高，比如聚乙烯二甲基丙烯酸酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）等。
这些塑料由于电容率较高，能够在单位电场下储存更多的电荷。
在一些应用中，如电容器的电介质材料中，使用这些塑料可以提高电容器的电容率，从而提高储存电荷的能力。
三、塑料的电介质常数和电容率的应用塑料的电介质常数和电容率的不同特点决定了它们在电子领域中的不同应用。
1. 绝缘材料由于某些塑料的低电介质常数，它们被广泛应用于绝缘材料中。
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一 电介质对电容的影响 相对电容率
U0
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C0
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U0
E E0
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C rC0
相对电容率 r 1
电容率 0 r
二 电介质的极化 无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等） 有极分子电介质：（水、有机玻璃等）
E
E
E0
'
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' E0
1
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1)
0
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P 0E
-+ + -+ + +- + +-+ +- +-+39;
E
-+- -+- -+- -+- -+- +-
E0 0 / 0 E E0 / r P '
P
p
V
p:分子偶极矩
PP:的电单极位化：强C度 m2
P p 'Sl '
V Sl
表面极化电荷面密度
S
l -+
+ r
-+ ++P
+
+-+
+-
+ -+
+- - -+- -+- -+- -+ - +-
' Pn
四 电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系
无极分子的极化 E=0
p E
E
E
电介质在外场作用下,在垂直于电场方向的介质 表面产生极化电荷——电解质的极化现象
有极分子的极化
无外电场
F F
E
有外电场
E
E 无论是有极分子的极化，还是无极分子的极化， 虽然电介质极化的微观机理不尽相同，但在宏观上 都表现为电介质表面出现了极化面电荷。
三 电极化强度