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電容率
鎖定
- 中文名
- 電容率
- 學 科
- 物理
- 範 圍
- 電磁學
- 含 義
- 表徵電介質極化性質的宏觀物理量
電容率電容率
電容率含義
表徵電介質極化性質的宏觀物理量。又稱介電常量。定義為電位移D和電場強度E之比,D=εΕ,ε的單位為法拉/米(F/m)。電介質的電容率ε與真空電容率ε0之比稱為該電介質的相對電容率 εr ,εr=ε/ε0是無量綱的純數,εr與電極化率χe的關係為εr=1+χe。
線性各向同性電介質的電容率是標量,比較簡單;非線性電介質(如鐵電體)的電容率表示式是很複雜的 ;各向異性電介質(如某些晶體)的電容率則要用張量表示(見電極化強度)。電容率除取決於電介質本身的性質外,還與温度及電磁場變化的頻率有關。
相對電容率 εr 的數值等於同一電容器中充滿均勻電介質時的電容C與真空時的電容C0之比,即εr=C/C0。電容率的名稱即來源於此 。用較大εr 的電介質充填電容器,可以減小電容器的體積和重量(見電容器)。
電容率性質
電容率又稱介電常數,不同絕緣油具有不同電容率,電容率通常隨温度和頻率而發生變化,在實際使用中,要求電容器的電容率隨温度和頻率變化越小越好。如果電容器的電容率變化較大,則會失去安全感,應採取相應的措施。
本身是一個精確值,不存在不確定度,其大小等於ε0=1/(μ0×c^2),其中μ0為真空磁導率,c為真空中光速,因為這兩者的值都是精確值,所以ε0也是精確值。μ0=4π×10-7N/A^2,c=299792458m/s,所以可算出ε0≈8.854187817×10-12F/m,注意,這裏的“≈“並不是因為不精確,而是因為ε0的精確值是一個無理數,這個無理數的本身的大小是確定的。
電容率量子詮釋
在量子力學裏,電容率可以用發生於原子層次和分子層次的量子作用來解釋。
在較低頻率區域,極性介電質的分子會被外電場電極化,因而誘發出週期性轉動。例如,在微波頻率區域,微波場促使物質內的水分子做週期性轉動。水分子與周邊分子的相互碰撞產生了熱能,使得含水分物質的温度增高。這就是為什麼微波爐可以很有效率的將含有水分的物質加熱。水的電容率的虛值部分(吸收指數)有兩個最大值,一個位於微波頻率區域,另一個位於遠紫外線(UV)頻率區域。這兩個共振頻率都高於微波爐的操作頻率。
在中間頻率區域,高過促使轉動的頻率區域,又遠低於能夠直接影響電子運動的頻率區域,能量是以共振的分子振動形式被吸收。對於水介質,這是吸收指數開始顯著地下降的區域。吸收指數的最低值是在藍光頻率區域(可見光譜段)。這就是為什麼日光不會傷害像眼睛一類的含水生物組織[3]。
雖然,從開始到最後,對於物質的介電行為,做一個完全的計算機模擬,是一個可行之計。但是,這方法還沒有得到廣泛的使用。替代地,科學家接受現象模型為一個足以勝任的方法,可以用來捕捉實驗行為。德拜弛豫和洛倫茲模型(Lorentzmodel)都是很優秀的模型。