电容器中电介质的作用

1电容器中电介质的作用山东省肥城市第一高级中学于茂刚271600高中教材在提到电介质对平行板电容器的电容的影响时，只是通过演示实验就直接得出了结论：当两极板间充满同一种电介质时，电容变大为真空时的r倍，即kdSCr4，r是一个常数，与电介质的性质有关，称为电介质的相对介电常数。学生只能记住结论，对电介质的特性和电介质对电容的影响机理产生疑惑，就此谈一下电容器中电介质的作用。电介质不同于金属，电介质的电阻率一般都很高,称为绝缘体，介质中没有（或几乎没有）能够自由移动的电荷，这种电荷叫做束缚电荷。在电场中静电平衡条件下，电介质的内部仍有电场存在。在外电场作用下，电介质的表面将出现正负束缚电荷，这就是电介质的极化现象。如图所示，由于极化，在电介质中的极化电场E′（图中方向向左）削弱了没有电介质时的电场E（图中方向向右）。由此可见，在两个极板之间的合电场强度的大小比E小。实验和理论证明，在这种情况下，电介质内的合电场强度为E/r.如果极板之间充满相对介电常数为r的电介质，则极板之间的合电场强度为E/r，这时的电容器在容纳的电荷量一定的情况下，两极板之间的电势差比没有电介质时小，根据UQC，知这时相当于电容器的电容增大了。两极板间如果不加电介质的话,两极板间会被空气占据，空气有一定的导电能力,因而电容器存储电荷的能力会弱一些,而加入电介质后,电容正负极板的绝缘性能就要比没有电介质时好,也2就是存储电荷的能力提高了,所以电容也就升高了，电容器中间的电介质起到了提高电容容量的作用。例如：在两极板间相距为d的平行板电容器中，（1）插入一块厚为d/2的金属大平板（此板与两极板平行），其电容变为原来的多少倍？（2）如果插入一块厚为d/2相对介电常数为r的电介质大平板，则又会如何？（3）如果插入一块厚为d相对介电常数为r的电介质大平板，则又会如何？解析：（1）插入一块厚为d/2的金属大平板时，在电场作用下，在金属板处于静电平衡状态，内部电场强度处处为0,整个金属大平板是一个等势体，整个金属大平板上没有电压降，两极板之间的距离缩短为d/2，极板间的电场强度E未变（因为E,CdQdU,C、d成反比，C、d乘积不变，所以E不变），所以两极板间的电压2'dEU,所以根据电容的定义UQC=EdQ知，此时的电容器的电容变为原来的2倍。（2）插入一块厚为d/2相对介电常数为r的电介质大平板时，两极板之间的电压'U=rrrEddEdE2122,所以所以根据电容的定义UQC=EdQ知,此时的电容器的电容变为原来的rr12倍。（3）插入一块厚为d相对介电常数为r的电介质大平板，两极板间充满了这种电介质。两极板间的电压'U=dEr，所以所以根据电容的定义UQC=EdQ知,此时的电容器的电容变为原来的r倍。思考：为什么不采用插入金属板的方式来增大电容器的电容？因为电容器极板之间需要保持良好的绝缘性，所以只能采用插入电介质的方式来增大电容器的电容。