Permitivitat relativa

La permitivitat relativa d'un material sota unes certes condicions reflecteix l'extensió sobre la qual concert línies electroestàtiques de flux. En termes tècnics, és la proporció de la quantitat d'energia elèctrica emmagatzemada en un material amb una tensió aplicada, relativa a la quantitat emmagatzemada en el buit. De la mateixa manera, és la proporció de la capacitància d'un condensador que fa servir aquest material com a dielèctric, comparada amb la d'un condensador que fa servir el buit com a dielèctric.

Permitivitats relatives estàtiques d'alguns materials a temperatura ambient sota 1 kHz^[1] (que correspon a llum amb una longitud d'ona de 300 km)

Material	εr
Buit	1 (per definició)
Aire	1,00058986 ± 0,00000050 (en condicions estàndard, per 0,9 MHz)[2]
PTFE/Tefló	2,1
Polietilè	2,25
Poliimida	3,4
Polipropilè	2,2–2,36
Poliestirè	2,4–2,7
Sulfur de carboni	2,6
Paper	3,85
Polímers electroactius	2–12
Diòxid de silici	3,9[3]
Formigó	4,5
Pyrex (vidre)	4,7 (3,7–10)
Cautxú	7
Diamant	5,5–10
Sal comuna	3–15
Grafit	10–15
Silici	11,68
Amoníac	26, 22, 20, 17 (a −80, −40, 0, 20 °C)
Metanol	30
Etilenglicol	37
Furfural	42,0
Glicerol	41,2, 47, 42,5 (a 0, 20, 25 °C)
Aigua	88, 80,1, 55,3, 34,5 (a 0, 20, 100, 200 °C) per llum visible: 1,77
Àcid hidrofluòric	83.6 (0 °C)
Formamida	84,0 (20 °C)
Àcid sulfúric	84–100 (20–25 °C)
Peròxid d'hidrogen	128 aq–60 (−30–25 °C)
Àcid hidrociànic	158,0–2,3 (0–21 °C)
Diòxid de titani	86–173
Titanat d'estronci	310
Titanat de bari	1250–10.000 (20–120 °C)
Titanat zirconat de plom	500–6000
Polímers conjugats	1,8-6 fins a 100.000[4]
Titanat courat de calci	>250.000[5]

La permitivitat relativa se sol denotar com ε_r(ω) (de vegades κ o K) i es defineix com:

${\displaystyle \varepsilon _{r}(\omega )={\frac {\varepsilon (\omega )}{\varepsilon _{0}}}}$

On ε(ω) és la permitivitat absoluta complexa del material (que depèn de la freqüència) i ε₀ és la permitivitat del buit.

La permitivitat relativa és un nombre adimensional que, en general, és un nombre complex. La part imaginària correspont al desplaçament de fase de la polarització P relativa a E i condueix a l'atenuació de les ones electromagnètiques que passen a través del medi. Per definició, la permitivitat relativa del buit és d'1,^[6] tot i que hi ha efectes quàntics teòrics que poden modificar aquest valor.^[7]

La permitivitat relativa d'un medi està relacionada amb la seva susceptibilitat elèctrica, χ_e, per la relació ε_r(ω) = 1 + χ_e.

Dependència de la permitivitat relativa estàtica de l'aigua respecte la temperatura

Mesura

La permitivitat estàtica relativa, ε_r, es pot mesurar per a camps elèctrics estàtics de la següent manera: en primer lloc, es mesura la capacitància d'un condensador de prova amb el buit entre les seves plaques (C₀). A continuació, utilitzant el mateix condensador i amb la mateixa distància entre plaques, es mesura la capacitància amb un dielèctric entre aquestes (C_x). La constant dielèctrica relativa es pot calcular llavors com a:

${\displaystyle \varepsilon _{r}={\frac {C_{x}}{C_{0}}}}$

Per a camps electromagnètics variants en el temps, aquesta quantitat esdevé dependent de la freqüència.