電容率

電容率，是在電磁學里，電介質回響外電場的施加而電極化的衡量，稱為電容率。在非真空中由於電介質被電極化，在物質內部的總電場會減小；電容率關係到電介質傳輸（或容許）電場的能力。電容率衡量電場怎樣影響電介質，怎樣被電介質影響。電容率又稱為“絕對電容率”，或稱為“介電常數”。

基本介紹

• 中文名：電容率
• 學科：物理
• 範圍：電磁學
• 含義：表征電介質極化性質的巨觀物理量

電容率

含義

表征電介質極化性質的巨觀物理量。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，還與溫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）。

性質

電容率又稱介電常數，不同絕緣油具有不同電容率，電容率通常隨溫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溫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。

真空電容率 真空電容率（vacuumpermittivity）是一個重要且基本的物理常數，又稱為真空介電常數。

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，這裡的“≈“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。

在國際單位制里，常數和都是準確值（參閱NIST）。所以，關於米或安培這些物理量單位的數值設定，不能採用定義方式，而必須設計精密的實驗來測量計算求得。由於是個無理數，的數值只能夠以近似值來表示。

真空電容率也出現於庫侖定律，是庫侖常數的一部份。所以，庫侖常數也是一個準確值

對於線性介質，電容率與真空電容率的比率，稱為相對電容率,請注意，這公式只有在靜止的、零頻率的狀況才成立。對於異向性材料，相對電容率是個張量。

量子詮釋

在量子力學裡，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，因而誘發出周期性轉動。例如，在微波頻率區域，微波場促使物質內的水分子做周期性轉動。水分子與周邊分子的相互碰撞產生了熱能，使得含水分物質的溫度增高。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]。

在高頻率區域（像遠紫外線頻率或更高頻率），分子無法弛豫。這時，能量完全地被原子吸收，因而激發電子，使電子躍遷至更高能級，甚至游離出原子。擁有這頻率的電磁波會導致電離輻射。

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。

測量

物質的電容率可以用幾種靜電測量方法來得到。使用各種各樣的介電質光譜學(dielectricspectroscopy)方法，在廣泛頻率值域內，任何頻率的復電容率都可以正確地評估出來。這頻率值域覆蓋接近21個數量級的大小值，從10−6to1015赫茲[4][5]。另外，使用低溫恆溫器(cryostat)和烤爐，科學家可以測量出，在不同的溫度狀況下，物質的介電性質。橢圓偏振技術可以用在紅外線頻段和可見光頻段。