介电常数是电介质材料在电场中储存电能能力的物理量，又称电容率。其定义为电介质中电场强度 ( E ) 与电位移 ( D ) 的比值关系，数学表达式为：
$$ epsilon = frac{D}{E} $$ 其中真空介电常数 ( epsilon_0 ) 是基本物理常量（约 ( 8.85 times 10^{-12}text{F/m} )），而相对介电常数 ( epsilon_r ) 是材料介电常数与真空介电常数的比值：
$$ epsilon_r = frac{epsilon}{epsilon_0} $$
电介质极化能力
介电常数反映材料在电场作用下发生电极化的程度。极性分子（如水）因电荷分布不对称，介电常数较高（如水的 ( epsilon_r approx 80 )）；非极性分子（如聚乙烯）则较低（( epsilon_r approx 2.3 )）。
电容器的关键参数
平行板电容器的电容公式为： $$ C = epsilon_r epsilon_0 frac{A}{d} $$ 其中 ( A ) 为极板面积，( d ) 为间距。介电常数越大，电容器储能能力越强。
电磁波传播影响
在介质中，电磁波速度 ( v ) 与介电常数相关： $$ v = frac{c}{sqrt{epsilon_r}} $$ ( c ) 为真空中光速。高介电常数材料会显著降低电磁波传播速度。
| 材料 | 相对介电常数（( epsilon_r )） |
|---|---|
| 真空 | 1.0 |
| 空气 | 1.0006 |
| 聚四氟乙烯 | 2.1 |
| 玻璃 | 5~10 |
| 钛酸锶钡陶瓷 | >300 |
权威参考资料：
介电常数（又称电容率）是描述材料在电场中极化能力的物理量，反映了材料削弱外部电场的能力。以下是详细解释：
介电常数通常用符号$varepsilon$表示，其相对值$varepsilon_r$定义为材料介电常数与真空介电常数$varepsilon_0$的比值： $$ varepsilon_r = frac{varepsilon}{varepsilon_0} $$ 其中真空介电常数$varepsilon_0 approx 8.85 times 10^{-12} , text{F/m}$。
极化效应
当电场作用于材料时，内部电荷（电子/原子核）发生微小位移，形成电偶极矩，这种现象称为电极化。介电常数越大，材料极化能力越强，储存电能的效果越好。
电场削弱作用
极化产生的反向电场会部分抵消原电场，导致材料内部实际电场强度$E$小于外部电场$E_0$，关系为：
$$
E = frac{E_0}{varepsilon_r}
$$
静态与动态介电常数
温度依赖性
温度升高可能增强分子热运动，降低极化能力（如水在高温时$varepsilon_r$减小）。
| 材料 | 相对介电常数（$varepsilon_r$） |
|---|---|
| 真空 | 1 |
| 空气 | ≈1.0006 |
| 聚乙烯 | 2.2~2.4 |
| 玻璃 | 4~10 |
| 钛酸钡陶瓷 | 1000~12000 |
电容器设计
高$varepsilon_r$材料可大幅提升电容值（公式：$C = varepsilon_r varepsilon_0 A/d$），例如陶瓷电容器。
电磁波调控
介电常数影响电磁波传播速度（$v = 1/sqrt{mu varepsilon}$），在光纤通信、天线设计中至关重要。
绝缘材料选择
电力设备中需根据介电常数匹配绝缘介质，防止电场集中导致击穿。
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