2022年介电常数测量实验教案

1、学习好资料 欢迎下载高校物理试验教案【试验名称】 电介质介电常数的测量【试验目的】1把握固体、液体电介质相对介电常数的测量原理及方法2学习减小系统误差的试验方法3学习用线性回来处理数据的方法；【试验原理】讲解（ 15 分钟）介电常数是电介质的一个材料特点参数；用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器,其电容量为：CS DD为极板间距, S 为极板面积, 即为介电常数； 材料不同 也不同； 在真空中的介电常数为120,0 8 . 85 10 F / m；考察一种电介质的介电常数,通常是看相对介电常数,即与真空介电常数相比的比值 r；如能测出平行板电容器在真空里的电容量 C1 及布满介质时的电

2、容量 C2,就介质的相对介电常数即为rC21C然而 C1、 C2 的值很小,此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不行忽视, 这些因素将会引起很大的误差,该误差属系统误差；本试验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数,并排除试验中的系统误差；1 用电桥法测量固体电介质相对介电常数将平行板电容器与数字式沟通电桥相连接,测出空气中的电容 容 C2；C1 和放入固体电介质后的电C1C0C边1C分1C2C串C边2C分2学习好资料 欢迎下载其中 C0 是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而运算出的电容量：C00SDC边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和,C分为测量引线及测

3、量系统等引起的分布电容之和,放入样品时,样品没有布满电极之间,样品面积比极板面积小,厚度也比极板的间距小, 因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C串,依据电容串联公式有：C 串0S.r0 Str0 S1C边2、C分1C分2；D-t 0 Str SrD-t0DttC边当两次测量中电极间距D 为肯定值,系统状态保持不变,就有得：C 串C2C1C0最终得固体介质相对介电常数： r0 SC串tDtC串该结果中不再包含分布电容和边缘电容,效应引入的系统误差；2 线性回来法测真空介电常数 0也就是说运用该试验方法排除了由分布电容和边缘上述测量装置在不考虑边界效应的情形下,系统的总电容为：C0 S

4、 0C分,D保持系统分布电容不变,转变电容器的极板间距D,不同的D 值,对应测出两极板间布满空气时的电容量C ；与线性函数的标准式YABX对比可得：YC,AC分B0S0,X1,其中S0 为平行板电容极板面积；用最小二乘法进行线性回来,求得D分布电容 C 分和真空介电常数0（0空）；3用频率法测定液体电介质的相对介电常数所用电极是两个容量不相等并组合在一起的空气电容,电极在空气中的电容量分别为C01 和 C02,通过一个开关与测试仪相连,可分别接入电路中；测试仪中的电感 L 与电极电容和分布电容等构成 LC 振荡回路；振荡频率为：21 1 kf,或 C 2 2 22 LC 4 Lf f其中 C

5、C 0 C 分；测试仪中电感 L 肯定,即式中 k 为常数,就频率仅随电容 C 的变2化而变化； 当电极在空气中时接入电容 C01,相应的振荡频率为 f01 ,得：C 01 C 分 k2,f 01学习好资料C02C 分欢迎下载接入电容 C02,相应的振荡频率为f 02 ,得：k2f2 02试验中保证不变,就有C 02C 01k2k2k2k2f2 02f2 01当电极在液体中时,相应的有： r C02C012ff2 1由此可得液体电介质的相对介电常数： r121f2 2f1211f2 02f2 01此结果不再和分布电容有关,因此该试验方法同样排除了由分布电容引入的系统误差；【试验仪器介绍】演示（

6、 10 分钟）平行板电容器：下电极固定,上电极由千分尺带动上下移动,并可从尺上读出极板间距；数字式沟通电桥：功能挑选、频率挑选、测量灵敏度及辨论率；液体测量用空气电容：三组极板构成两个电容,由开关进行切换；介电常数测试仪；频率计；【试验内容】1 电桥法测固体介质介电常数调剂平行板电容器间距为 5mm；从电桥上测出电容量 C1；将固体介质样品（聚四氟乙烯圆板）放入极板之间,从电桥上测出电容量 C2；对 C1、C2 反复测量三次；用千分尺测量固体介质样品的厚度,取不同位置测量三次；用游标卡尺测量样品的直径,取不同方位测量三次；2 线性回来法运算介电常数 0和 C 分；平行板电容器在空气中,初始间距

7、为 1.100mm,测出系统的电容量 C1,间距增大 0.1mm,测出电容量 C2,以此每增加 0.1mm 测一次电容量,共测 5 组；3 频率法测液体介质介电常数电极在空气中,并将开关置于1,测出频率f 01 ,开关置于2,测出频率f02 ；学习好资料欢迎下载1,测出在电极的容器中倒入液体介质（环己烷）,使电极浸没在液体中,将开关置于频率 f 1 ,开关置于2,测出频率f2 ,每个状态的频率测量8 次；试验完毕将电极淡定器中取出漓干,并置于空气中使其残余液体自行挥发干,容器中 液体回收进瓶子中；4要点：每个试验过程中,应保持系统状态不变,即保持分布电容不变；【数据处理要求】1 固体介质介电常数数据表格试验数据处理结果按有效位数法就保留位数；D.5000 mm,08 .851012F /mrd/mm t/mm S/mm2 C0/pf C1/pf C2/pf C串/pf 1 2 3 平均2 线性回来法运算介电常数0和 C 分数据表格1.300 1.400 1.500 极板间距 D/mm 1.100 1.200 电容量 C/pF 用最小二乘法算出截距A、斜率 B、相关系数r、截距标准偏差SA、斜率标准偏差SB,由B0S0得到0并用不确定度表示其误差：0BS B ,分布电容：S 0C 分ASA；