介電質

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介電質，又稱電介質、誘電體，或稱為絕緣體，是對電流具有抵抗性的物質。雖然真空狀態也具有良好的介電性，以下的討論主要以實體的物質為主。

[编辑] 解釋

當一電場在介電媒介中施放時，電流會隨之產生，而在現實介電質中的「總電流」一般分成兩部份：傳導和取代電流。取代電流可被想像為介電質對電場的彈性回應。電場的強度增加時，置換出來的潛力會儲於電介質中，並會在電場減弱時放出。電場置換可分成來自真空媒介和電介質兩者，關係如下：

$\boldsymbol{D} = \varepsilon_{0}\boldsymbol{E} + \boldsymbol{P} = \varepsilon_{0} \boldsymbol{E} + \varepsilon_{0}\chi\boldsymbol{E} = \varepsilon_{0}\boldsymbol{E} \left(1+\chi\right)$

當中P是電介質的電極化程度， $χ$ 是其電極化率。隨之可以知道，一種電介質的相對電介率和電極化率有著 $\varepsilon_{r} = \chi + 1$ 關係。

[编辑] 電介質的複數介電率

除了真空環境外，正常的電介質對外在範圍的反應一般依從其頻率而定。頻率掛鉤的存在是因為物質的極化不會和施放場同時起反應，其反應必然是「因果式」的（在施放場後展開後上升），故此電介率通常被當作施放場頻率的複數函數 $ω$ ，電介率則被定義為：

$D_{0}e^{i \omega t} = \widehat{\varepsilon}(\omega) E_{0} e^{i \omega t}$

當中 $D 0$ 及 $E 0$ 分別是置換幅度和電場強度， $i=\sqrt{-1}$ 是虛數單位。一種媒介對靜態電場的反應，由電介率的低頻率極限或介電常數 $\varepsilon_{s}$ （或 $\varepsilon_{DC}$ ）來代表：

$\varepsilon_{s} = \lim_{\omega \rightarrow 0} \widehat{\varepsilon}(\omega)$

在高頻率極限，複數電介率一般以 ε_∞ 表示。在電漿共振頻率以上時，電介質會表現出理想金屬，和氣態電子的特性。靜態電介率是改變低頻率場的良好近似物。在頻率上升的同時，在D和E之間會出現可量度的相位差。令相位移轉變最大的頻率，是基於媒介的溫度和特性。在中等施放場強度下，即 $E 0$ ，D和E維持成比例，而

$\widehat{\varepsilon} = \frac{D_0}{E_0}e^{i\delta} = |\varepsilon|e^{i\delta}$

因為物質對於轉變中施放場的反應是受制於複數電介率，所以其實數部份和虛數部份可以依下面的變換分離：

$\widehat{\varepsilon}(\omega) = \varepsilon'(\omega) - i\varepsilon''(\omega) = \frac{D_0}{E_0} \left( \cos\delta - i\sin\delta \right)$

在以上的方程式中， $\varepsilon''$ 為電介率的虛數部份，連繫著媒介能量吸收率（隨之變成熱能之類）； $\varepsilon'$ 為其實數部份。

[编辑] 平行板電容器中的電介質

粒子中的電子移向正電荷左板，產生一個部份包圍平行板內空間的左向電場。（空氣空隙為幫助顯示用，實際的電介質是與平行板直接接觸的。）

將電介質置於一平行板電容器中能夠以 k ──介電常數──的比例提升其電容：

$C = \frac{k \epsilon_0 A}{d}$

當中 $ε 0$ 是真空電介率， A 為電容器平行板投影重疊的有效面積， d 為兩塊平行板之間的距離。

此情況的發生是由於電場將電介質粒子極化，產生與電容器電場成反向（反平行）的電荷群於平行板表面上，電荷在平行板間產生一比沒有電介質時更弱的電場，從而減少電勢。依照相反的想法，這說明了在有電介質的情況下，電勢的存在令電容器積存更多電荷。

[编辑] 應用

在電容器中加置電介質有幾個優點，其中最明顯的是平行板可不需接觸地漸近。而且，任何物質均會在極強電場的環境下離子化成導電體，電介質則比空氣更能抵抗離子化作用，所以電介電容器可在更高的電壓運作。一層層的電介質會在電容器出廠時由生產商加入，以提供比平行板內為空氣或真空中運作時更大的電容量。電介一詞除此之外，也用於電源及無線電電纜。

[编辑] 實際的介電質

介電質可能是固體，液體，或氣體。另外，高真空也是一種有用的，無損失的介電質，其介電係數為一。

固態介電質被廣泛使用於電子工業中，例如陶瓷、玻璃，與大部分的塑膠、空氣以及六氟化硫是兩種最廣泛使用的氣態介電質。

工業鍍膜例如聚對二甲苯提供了基質與外界環境間具有介電性的障壁。
礦物油廣泛的使用於變壓器中作為液態介電質並協助散熱。具有高介電係數的液體如電子級蓖麻油，常被用於高壓電容器中來協助防止冠狀放電 (Corona discharge) 並提高電容值。

[编辑] 參看

電容器
介電強度 (Dielectric strength)
介電常數 (Dielectric constant)
介電率 (Permittivity)
電極化率 (Electric susceptibility)
電轉 (Electrorotation)
場籠（？） (Field cage)
高介電常數物質 (High-k)
低介電常數物質 (Low-k)
洩漏 (Leakage)

分类: 電學

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