Hằng số điện môi

Độ điện thẩm tương đối của một số vật liệu ở nhiệt độ phòng và 1 kHz

Vật liệu	εr
Chân không	Bản mẫu:N/a
Không khí	1,00058986±0,00000050 (ở điều kiện tiêu chuẩn, 900 kHz),
PTFE/Teflon	Bản mẫu:Nts
Polyethylene/XLPE	Bản mẫu:Nts
Polyimide	Bản mẫu:Nts
Polypropylene	Bản mẫu:Ntsh 2,2–2,36
Polystyrene	Bản mẫu:Ntsh 2,4–2,7
Carbon disulfide	Bản mẫu:Nts
Mylar	Bản mẫu:Nts
Giấy in	Bản mẫu:Nts (200Bản mẫu:NbspkHz)
Polime hoạt tính điện	Bản mẫu:Ntsh 2–12
Mica	Bản mẫu:Ntsh 3–6
Silic dioxide	Bản mẫu:Nts
Saphir	Bản mẫu:Ntsh 8,9–11,1 (dị hướng)
Bê tông	Bản mẫu:Nts
Pyrex (thủy tinh)	Bản mẫu:Nts (3.7–10)
Neoprene	Bản mẫu:Nts
Cao su	Bản mẫu:Nts
Kim cương	Bản mẫu:Ntsh 5,5–10
Muối	Bản mẫu:Ntsh 3–15
Graphit	Bản mẫu:Ntsh 10–15
Cao su silicon	Bản mẫu:Ntsh 2,9–4
Silicon	Bản mẫu:Nts
GaAs	Bản mẫu:Nts
Silicon nitride	Bản mẫu:Ntsh 7–8 (polycrystalline, 1 MHz)
Ammonia	Bản mẫu:Ntsh 26, 22, 20, 17 (−80, −40, 0, +20 °C)
Methanol	Bản mẫu:Nts
Ethylene glycol	Bản mẫu:Nts
Furfural	Bản mẫu:Nts
Glycerol	Bản mẫu:Ntsh 41,2, 47, 42,5 (0, 20, 25 °C)
Nước	Bản mẫu:Ntsh 87,9, 80,2, 55,5 (0, 20, 100 °C) với ánh sáng nhìn thấy: 1,77
Acid hydrofluoric	Bản mẫu:Ntsh 175, 134, 111, 83,6 (−73, −42, −27, 0 °C),
Hydrazine	Bản mẫu:Nts (20 °C),
Formamide	Bản mẫu:Nts (20 °C)
Axit sulfuric	Bản mẫu:Ntsh 84–100 (20–25 °C)
Hydro peroxide	Bản mẫu:Ntsh 128
Acid hydrocyanic	Bản mẫu:Ntsh 158,0–2,3 (0–21 °C)
Titani(IV) oxide	Bản mẫu:Ntsh 86–173
Stronti titanat	Bản mẫu:Nts
Bari stronti titanat	Bản mẫu:Nts
Bari titanat	Bản mẫu:Ntsh 1200–10.000 (20–120 °C)
Chì zircon titanat	Bản mẫu:Ntsh 500–6000
Polime liên hợp	Bản mẫu:Ntsh 1.8–6 đến 100.000
Canxi đồng titanat	Bản mẫu:Ntsh >250.000

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ điện thẩm tương đối của nước

Trong điện từ học, độ điện thẩm tương đối hay hằng số điện môi của một vật liệu là tỉ số của độ điện thẩm tuyệt đối của nó với độ điện thẩm chân không.

Lực tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong một môi trường phụ thuộc vào hằng số điện môi của môi trường đó. Cụ thể hơn, lực Coulomb giữa hai điện tích đặt trong điện môi đồng chất nhỏ hơn lực tác dụng giữa chúng trong chân không một số lần; hệ số tỉ lệ đó chính là độ điện thẩm tương đối. Tương tự, độ điện thẩm tương đối của một vật liệu là tỉ số giữa điện dung của một tụ điện dùng vật liệu đó làm điện môi, với điện dụng của một tụ điện tương tự sử dụng chân không làm điện môi.

Cụm từ "hằng số điện môi" vẫn thường được sử dụng, nhưng đã bị các tổ chức chuẩn hóa trong kỹ thuật và hóa học ngưng sử dụng.

Định nghĩa

Độ điện thẩm tương đối thường được ký hiệu là Bản mẫu:Math (đôi khi là Bản mẫu:Math, chữ kappa) và được định nghĩa bằng

${\epsilon }_r(\omega )=\frac{\epsilon (\omega )}{{\epsilon }_0},$

trong đó Bản mẫu:Math là độ điện thẩm phức phụ thuộc vào tần số của vật liệu, còn Bản mẫu:Math là độ điện thẩm chân không.

Độ điện thẩm tương đối là một đại lượng không thứ nguyên, với giá trị phức trong trường hợp tổng quát; phần thực và phần ảo của nó thường được ký hiệu là:

${\epsilon }_r(\omega )={\epsilon }_{r^{\prime }}(\omega )-i{\epsilon }_{r^{″}}(\omega ).$

Độ điện thẩm tương đối liên quan đến độ cảm điện của môi trường đó, Bản mẫu:Math, theo hệ thức Bản mẫu:Math.

Trong những môi trường dị hướng (như tinh thể không lập phương), độ điện thẩm tương đối là một tenxơ hạng hai.

Độ điện thẩm tương đối của một vật liệu trong trường hợp tần số bằng không được gọi là độ điện thẩm tương đối tĩnh.

Thuật ngữ

Cụm từ vốn hay được dùng để chỉ độ điện thẩm tương đối là hằng số điện môi, và hiện vẫn đang được dùng rộng rãi. Tuy nhiên, thuật ngữ đó đã bị các tổ chức chuẩn hóa như IEEE và IUPAC ngưng sử dụng, bởi nó hay bị nhầm với độ điện thẩm tuyệt đối Bản mẫu:Mvar. Trong ngành, cụm từ độ điện thẩm tương đối có thể dùng để chỉ tính chất không đổi, hoặc một tính chất phụ thuộc vào tần số. Đôi khi thuật ngữ này cũng chỉ tới phần thực Bản mẫu:Math của đại lượng giá trị phức ở trên.

Vật lý

Độ điện thẩm tương đối là một đại lượng số phức, với phần ảo tương ứng với sự lệch pha của phân cực Bản mẫu:Math so với điện trường Bản mẫu:Math và dẫn đến sự suy yếu sóng điện từ truyền qua môi trường. Theo định nghĩa, hằng số điện môi của chân không bằng 1, tức Bản mẫu:Math, mặc dù có thể có những hiệu ứng lượng tử phi tuyến tính trong chân không trở nên đáng kể với điện trường mạnh.

Bảng sau liệt kê hằng số điện môi của một số dung môi quen thuộc

Hằng số điện môi ở tần số thấp của một số dung môi thường gặp

Dung môi	Hằng số điện môi	Nhiệt độ (K)
benzene	2,3	298
diethyl ether	4,3	293
tetrahydrofuran (THF)	7,6	298
dichloromethane	9,1	293
ammonia lỏng	17	273
ethanol	24,3	298
methanol	32,7	298
nitromethane	35,9	303
dimethyl formamide (DMF)	36,7	298
acetonitrile	37,5	293
nước	78,4	298
formamide	109	293

Đo đạc

Độ điện thẩm tương đối Bản mẫu:Math có thể được đo bằng điện trường tĩnh như sau: đầu tiên điện dung của một tụ điện với chân không ở giữa hai bản tụ, Bản mẫu:Math, được đo đạc. Sau đó, cũng với tụ điện đó, điện dung Bản mẫu:Mvar với một điện môi giữa hai bản tụ được đo đạ. Độ điện thẩm tương đối khi đó bằng

${\epsilon }_r=\frac{C}{C_0}.$

Trong trường hợp trường điên từ thay đổi theo thời gian, đại lượng này sẽ phụ thuộc vào tần số. Một phương pháp gián tiếp để tính Bản mẫu:Math là chuyển đổi kết quả đo tham số S tần số radio. Ngoài ra, còn có thể sử dụng hiệu ứng cộng hưởng ở những tần số cố định.

Xem thêm

• Độ điện thẩm
• Độ điện thẩm chân không