介电质

在电磁学中，电介质（或介电介质）是一种电绝缘体，可以被施加的电场极化。 当将介电材料置于电场中时，电荷不会像在电导体中那样流过材料，因为它们没有可能漂移穿过材料的松散束缚或自由电子，而是移动， 仅略微偏离它们的平均平衡位置，导致介电极化。 由于电介质极化，正电荷沿场方向移动，负电荷沿与场相反的方向移动（例如，如果场平行于正 x 轴移动，则负电荷将向负方向移动 x 方向）。 这会产生一个内部电场，从而降低电介质本身的整体电场。 如果电介质由弱结合的分子组成，这些分子不仅会被极化，还会重新定向，使它们的对称轴与场对齐。

介电特性的研究涉及材料中电能和磁能的存储和耗散。 介电质对于解释电子学、光学、固态物理学和细胞生物物理学中的各种现象很重要。

尽管术语绝缘体意味着低导电性，但电介质通常表示具有高极化率的材料。 后者用称为相对介电常数的数字表示。 术语绝缘体通常用于表示电气障碍，而术语电介质用于表示材料的能量存储能力（通过极化）。 电介质的一个常见示例是电容器金属板之间的电绝缘材料。 对于给定的电场强度，外加电场引起的电介质极化会增加电容器的表面电荷。

术语电介质是由 William Whewell（来自 dia + electric）应迈克尔法拉第的要求创造的。 完美的电介质是一种电导率为零的材料（参见完美导体无限电导率），因此仅表现出位移电流； 因此它像理想电容器一样存储和返回电能。

电介质材料的电敏感性 χe 是衡量它响应电场极化的难易程度的量度。 这反过来又决定了材料的介电常数，从而影响该介质中的许多其他现象，从电容器的电容到光速。

它被定义为将电场 E 与感应电介质极化密度 P 相关联的比例常数（可以是张量），使得

P = ε 0 χ e E , {displaystyle mathbf {P} =varepsilon _{0}chi _{e}mathbf {E} ,}

其中 ε0 是自由空间的介电常数。

介质的磁化率与其相对介电常数 εr 的关系为

χ e = ε r − 1. {displaystyle chi _{e} =varepsilon _{r}-1.}

所以在真空的情况下，

χ e = 0。{displaystyle chi _{e} =0.}

通常，材料不能响应于施加的场而瞬间极化。

也就是说，极化是先前时间的电场与由 χe(Δt) 给出的时间相关磁化率的卷积。 如果对于 Δt <; 定义 χe(Δt) = 0，则该积分的上限也可以扩展到无穷大。 0. 瞬时响应对应于 Dirac delta 函数磁化率 χe(Δt) = χeδ(Δt)。

在线性系统中采用傅里叶变换并将此关系写为频率的函数更为方便。 由于卷积定理，积分变成了一个简单的乘积，P ( ω ) = ε 0 χ e ( ω ) E ( ω ) 。 {displaystyle mathbf {P} (omega )=varepsilon _{0}chi _{e}(omega )mathbf {E} (omega ).}

磁化率（或等效的介电常数）与频率有关。 磁化率相对于频率的变化表征了材料的色散特性。

此外，由于因果关系，极化只能取决于先前时间的电场（即 χe(Δt) = 0，Δt < 0）这一事实，对实数和图像施加了 Kramers–Kronig 约束。