电容器中电介质的作用.doc

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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倍，即，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/.如果极板之间充满相对介电常数为的电介质，则极板之间的合电场强度为E/，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，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，极板间的电场强度未变（因为,C、d成反比，C、d乘积不变，所以不变），所以两极板间的电压,所以根据电容的定义=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相对介电常数为的电介质大平板时，两极板之间的电压=,所以所以根据电容的定义=知,此时的电容器的电容变为原来的倍。

（3）插入一块厚为d相对介电常数为的电介质大平板，两极板间充满了这种电介质。

两极板间的电压=，所以所以根据电容的定义=知,此时的电容器的电容变为原来的倍。

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。

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