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：

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

當中P是電介質的極化 (Polarization) 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。