電容器要正常運作,兩塊極板/導體片必須互不接觸,這樣電荷就不會從一個導體轉移到另一個導體。同樣,為了防止電荷從導體轉移到空氣中,兩導體之間的空間必須是真空。在關於平行板電容器的文章中,我們討論了電容。 平行板電容器 兩塊極板之間是真空。電容器在真空中的電容值有限,因此為了增加電容值,需要在兩塊極板/薄片之間放置導體。 介電解質.
電介質是一種絕緣體,它分隔電容器的兩個導電極板。絕緣體是指不導電的材料,例如塑膠、玻璃、紙張或木材。電介質的作用是增加電容,使電容器能夠儲存大量的電荷和電位。
電介質會降低兩個導電板之間的電位差,從而增加電容。
為什麼在電容器的兩塊極板/導體片之間放置電介質後,電容器的電容會增加?要找到這個問題的答案,首先要回顧一下關於…的課程。 電荷同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引。例如,正電荷相互吸引。
塑膠帶負電,但與帶正電的物體互相排斥。那麼,為什麼帶負電的塑膠會吸引不帶電的小紙片呢?這是因為紙片發生了電荷極化。絕緣材料(例如紙張)中的電子不像導電材料中的電子那樣可以自由移動。因此,當帶負電的塑料靠近紙片時,束縛在塑膠原子上的電子會受到排斥,遠離塑料,導致紙片上的負電荷和正電荷極化。紙片上的負電荷遠離塑料,而紙片上的正電荷靠近塑料。此外,塑膠上的負電荷會吸引紙片上的正電荷,直到較輕的紙片靠近塑膠為止。
紙張中發生的極化過程,或稱為電荷極化,與電介質中發生的電荷極化類似。例如,如圖左所示,最初只有兩塊帶電導體板。左側板帶正電,右側板帶負電,因此電場方向由左向右。
在兩塊導體板之間放置電介質後,左側板上的正電荷會吸引附近電介質表面的電子,而右側板上的負電荷則會排斥附近電介質表面的電子。電介質是絕緣體,其中的電子不像導體中的電子可以自由移動。因此,電子仍然束縛在原子中,但帶負電的電子和帶正電的質子會極化,如圖所示。電介質原子右側的正電荷和左側的負電荷會產生一個從右向左的電場,從而削弱導體板上電荷產生的從左向右的電場。因此,電場強度的減弱並非由於兩塊導體板上的電荷量減少,而是因為電介質中出現了一個方向相反的電場。當電介質被移除後,兩塊導體板上電荷產生的電場強度恢復到初始狀態。
如果兩塊導體板上的電荷所產生的電場強度會減少,那麼由於電場的作用,兩塊導體板之間的電位也會減少。
電場強度與電位成正比,如公式 E = V / d 所示,其中 E 為電場強度,V 為電位,d 為兩極板之間的距離。如果不存在電介質,則電位為 V。o 因此,在存在電介質之後,電位會降低至 V,降低的因子為 K。數學上,Vo = KV 或 V = Vo / K 或 K = Vo / V,其中 K = 介電常數。 Vo > V 使得 K>1。
需要注意的是,兩塊極板/導電片上的電荷量不變,因此最終電荷量與初始電荷量相同 (Q = Q)。o電容器電容的變化量可以用以下公式計算:
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公式說明:C = 最終電容,Co = 初始電容,Q = 最終電荷,Qo = 初始電荷,V = 最終電位,Vo = 初始電位,K = 介電常數
根據上述公式,可以得出結論:初始電容(C)o當使用介質時,電容值較小,而最終電容 (C) 較大。電容值增加 K 倍,其中 K 為介電常數。每種絕緣材料的介電常數值各不相同。介電常數 (K) 是透過比較使用介質時電容器的電容值與不使用介質時電容器的電容值而得出的。
電介質會增加電容,因為兩個導電板之間的距離減少了。
電介質的另一個作用是減少兩個導體板之間的距離 (d),從而使兩個導體板/片之間的電場強度 (E) 和電壓 (V) 增大,如公式 E = V / d 所示。如果兩個板/片之間的電場強度和電壓增大,則電容器的電容會增加。
如果所討論的電容器是平行板電容器,則其電容值可使用以下公式計算:

根據上述兩個公式,可以得出結論:平行板電容器的電容(C)可以透過減少兩板/導體片之間的距離(d)來增加。
電介質會增加電容,因為電容器的介電強度會增加。
電介質由絕緣材料製成,當置於極強的電場中時,會發生擊穿。當電場強度過大,導致原子中的電子脫離原子結構時,就會發生電介質擊穿。這些脫離原子結構的電子會與其他原子中的電子碰撞,進而在電介質內部產生電子流動。換句話說,電介質擊穿會使原本是電絕緣體的電介質變成電導體。
為避免損壞,每種由特定絕緣材料製成的介質都有其所能承受的最大電場強度,稱為介電強度。絕緣材料的介電強度大於空氣的介電強度,且不同絕緣材料的介電強度各不相同,有的較小,有的較大。因此,如果使用介電強度較大的介質,則其能夠承受的電場強度和電壓也較大。如果兩塊極板/導體片產生的電場強度和電壓較大,則導體片所能容納的電荷量也較大。導體片中容納的電荷越多,電容器的電容就越大。