答疑解惑(1)——為什麼真空的介電常數最小

2021-02-19 悟裡探花

    我們都知道,根據物體的導電性的不同,我們將容易導電的物體稱為導體,將難以導電的物體稱為絕緣體,而半導體是一種可以控制導電能力的物體。在物理學中,我們通常將絕緣體稱為電介質。由於每種絕緣體的絕緣能力不同,所以我們可以用介電常數來描述電介質的絕緣性,理論上,介電常數數值越大的材料,絕緣性就越弱。為了更加直觀的描述這一性質,我們將電介質的介電常數和真空的介電常數的比值稱為相對介電常數。

    看到這張圖,我不禁有點疑惑,為什麼空氣的絕緣性比真空差呢?

    在經過思考和文獻的閱讀之後,我找到了答案。這是因為相對介電常數的引入不是用來解釋絕緣性的,而是描述的電容器再充滿這種電介質之後,電容放大的倍數。簡單點說,如果電容器的兩個極板帶上等量的異種電荷,那麼極板中間就會產生電場,如果用電介質將極板中間的空間填滿,那麼電介質在電場的作用下,內部的電荷受到了電場力,會發生少許的移動,即電介質的兩邊就會產生等量的正負電荷,在物理學中,這個過程稱為極化。因此,電介質內部會因為極化產生和原電場相反的電場,因此電介質內部的合場強就會被削弱,從而導致電壓減小,電容增大。因為每種電介質的極化能力不同,所以對電容的影響就不一樣。

    因為真空中什麼都沒有,所以真空對電容沒有影響,而空氣中有氣體分子,所以空氣可以起到削弱電場強度的作用,因此絕緣性差一些。

    最後,我想問大家一個問題,如果給鹽水和糖水通上高壓電,人是在鹽水裡面安全還是在糖水裡面安全呢?

            答案是在鹽水裡安全,這是因為鹽水的內部場強為0,人在鹽水中不受高壓電的影響。

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