介電常數和磁導率

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介紹

介電常數和磁導率是放置在電場或磁場中的每種材料的兩個屬性。雖然這兩個屬性在某種程度上相互關聯，但它們之間的差異非常明顯。介電常數主要作用於電場的形成，而磁導率則作用於磁場的形成。簡單來說，兩者都是測量電磁的量，其中介電常數與材料的極化有關，而磁導率則與材料的磁化有關。

什麼是介電常數？

介電常數是一個電學量，它決定了放置在電場中的材料是否會透過該電場。它測量材料在自身儲存能量以透過其所處的電場的能力。它還分析材料是否能夠支援外部電場的形成。

圖 1：介電常數

介電常數也可以定義為空氣或自由空間的電常數。它還概述了在介質中產生單位電通量所需的電荷數。它也可以解釋為電位移與完全被電場極化的電場的強度的比率（Circuitglobe.com，2022）。介電常數用符號 ε 表示。

什麼是磁導率？

磁導率是一個磁學量，它決定了放置在磁場中的材料是否會透過該磁場。它透過測量材料內的磁場來支援磁場的形成。它通常與材料的磁化有關，如果放置在磁場中。

圖 2：磁導率

磁導率取決於一些主要因素，如頻率、溼度、溫度和磁場的強度。磁力線的傳導與放置在磁場中的材料之間的關係成正比（Circuitglobe.com，2022）。磁導率通常由 μ 表示。

磁導率的型別

磁導率可以分為三種不同的型別，相對磁導率、磁導率、真空磁導率和自由空間磁導率。

相對磁導率

相對磁導率通常表示為材料與真空（自由空間）磁導率的比率。例如，如果空氣的磁導率為$1.257 \times 10^{−6}$，則材料的相對磁導率為 1.000。類似地，如果真空的磁導率為$4\pi\times10^{−7}$，則真空的相對磁導率為 1。相對磁導率用 μr 表示。

磁導率

磁導率是材料的特性，它允許磁力線穿過磁力。每米亨利通常用作磁導率的 SI 單位，並且官方用它來測量磁導率。它通常可以定義為磁力通量密度的比率（Alhassoon、Malallah 和 Daryoush，2021）。溫度、溼度和材料的頻率等因素對磁導率影響最大，並決定了材料是否可以透過其所處的磁場。磁導率通常表示為 $\mu = B/H$。

真空磁導率

真空磁導率大多被稱為真空或空氣的磁導率。在這裡，真空或空氣的磁場強度與磁場的比率。真空磁導率用 $\mu_{0} = B_{0}/H_{0}$ 表示。

介質磁導率

介質磁導率透過分析介質的強度和磁化場來測量。在表示介質的磁導率時，它用 $\mu = B/H$ 表示。

介電常數和磁導率的區別

介電常數和磁導率根據其物理意義、自由空間值、SI 單位、重要性等存在多種差異。第一個差異出現在介電常數和磁導率的操作領域。介電常數作用於電場，而磁導率作用於磁場。在物理意義方面，介電常數可以使材料在響應外部電場時極化自身（McLachlan，2021）。

另一方面，磁導率使材料在響應外部磁場時磁化自身。這兩個屬性之間的另一個區別出現在它們在電磁學中的表示中。

介電常數用 $\epsilon$ 表示，而磁導率用 μ 表示。介電常數和磁導率具有不同的 SI 單位以及在自由空間方面的不同值。在介電常數的情況下，亨利/米通常用作其單位，但在磁導率的情況下，法拉/米通常用於計算。對於介電常數，SI 單位為 $Fm^{−1}$，而對於磁導率，SI 單位值為

$$Hm^{−1} (kgms^{−2}A^{−2})$$

同樣，自由空間中介電常數的值為 8.85 $Fm^{−1}$，而磁導率在自由空間中的值為 1.26$Hm^{−1}$。介電常數的值與電場有關，而磁導率與磁場有關（Han，2020）。

介電常數和磁導率都具有基於其數量的實際應用和重要性。介電常數通常用作電容器中的介電材料，而磁導率則用於電感器和變壓器鐵芯。此外，介電常數通常不受外部因素的影響，而磁導率受場強、溼度、頻率和外部環境溫度的影響（Scirp.org，2022）。根據電場的位移和密度，還可以解釋介電常數和磁導率。在這裡，介電常數是由於高極化而產生的，而磁導率是由於磁性而產生的。

結論

介電常數和磁導率是與電磁理論相關的兩個核心概念。介電常數與電場的形成有關，它測量材料如何允許電磁力透過它。另一方面，磁導率與磁場的形成有關，它測量磁力如何穿過放置在磁力線中的材料。儘管介電常數和磁導率是相關的，但它們在物理意義、SI 單位和自由空間值方面存在巨大差異。因此，憑藉這些差異，介電常數和磁導率在實際應用中顯得尤為重要。憑藉其在製造電容器和變壓器鐵芯中的應用，這兩個單位已成為人類日常生活不可或缺的一部分。

常見問題

Q1. 光速是否即時依賴於介電常數和磁導率？

是的，空間中的光依賴於介電常數和磁導率，因為它們在不同材料中的值不同。由於它們的值不同，光在空間中不同材料中的速度看起來也不同。

Q2. 介電常數和磁導率如何在日常生活中應用？

高介電常數用於在電容器中形成介電材料，磁導率用於製造電感器和變壓器鐵芯。

Q3. 介電常數和磁導率的主要區別是什麼？

介電常數和磁導率的主要區別在於它們的操作領域。介電常數作用於電場，而磁導率作用於磁場。

Q4. 自由空間介電常數和磁導率的值是多少？

自由空間介電常數的值為 8.85F/m，磁導率的值為 1.26 H/m。

參考文獻

書籍

Han, M. G. (編)。 (2020)。電磁材料與器件。BoD–按需印刷書籍。檢索自：https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=8Bb9DwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PP12&dq=Electromagnetic+Materials+and+Devices&ots=htd44MohWN&sig=CRcUvPN7zCr0tkbPpWzVr4-9Lo4

期刊

Alhassoon, K. A.，Malallah, Y. 和 Daryoush, A. S. (2021)。用於磁調諧微波電路的鐵磁材料復介電常數和磁導率提取。IEEE 微波雜誌，1(2)，639-645。檢索自：https://ieeexplore.ieee.org/iel7/9171629/9398231/09398245.pdf

McLachlan, D. S. (2021)。二元複合材料的電導率和熱導率以及介電常數和磁導率的滲透指數。物理學 B：凝聚態物質，606，412658。檢索自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921452620306475

網站

Circuitglobe.com，(2022)。介電常數。檢索自：https://circuitglobe.com/difference-between-permittivity-and-permeability.html [檢索日期：2022 年 6 月 6 日]

Sciencedirect.com，(2022)。介電常數和磁導率。檢索自：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S156944101300031X [檢索日期：2022 年 6 月 6 日]

Scirp.org，(2022)。介電常數和磁導率的區別。檢索自：https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=106563 [檢索日期：2022 年 6 月 6 日]