大学物理实验报告-328-电介质介电常数的测量-样例-V2

1、1）大学物理实验报告学部（院）实验日期文正学院姓名2018/9/3第一部分（实验目的与原理）某某某学号1700000专业17应化成绩实验名称】实验3.28电介质介电常数的测量实验目的】1）.理解电介质相对介电常数的测量原理。2）.掌握电介质介电常数的测量方法和相关操作和数据计算3）.学习减小系统误差的实验方法。实验原理】电介质介电常数的测量方法有多种。用电桥法测量固体电介质的相对介电常数牛的实验原理如下所述。通常我们用一组平行板电极组成的电容器，分别测出当平行板电极间以空气为介质（相对介电常数近似为1）时的电容量C,及充满固体介质时的电容量C，则固12体介质的相对介电常数即为E=2然而当C、C

2、的值很小时，电极的边界效应、测量引线引起的分布电容等因素将会引起很大1的系2统误差。所以需要采取减小系统误差的实验方法。设实验原理图如图1所示，其中电极的间距为D,固体介质样品的厚度为t，面积分为S。当电极间为空气介质时，测得电容量为C（如图1（a）所示），放入介1质时测得电容量为C（如图1（a）所示）。2(a):b)图1C1、C2的关系式如下：C=C+C+C0边1分1C=C+C+C串边2分2其中，C0是在电极间以空气为介质、样品的面积为S的情况下计算出的电容量，故有：C、为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和，C为测量引线及测量系边分统等引起的分布电容之和，C由样品面积内介质层电容和空气

3、层电容串联而成。串如假定C=C,C=C,则可得：边1边2分1分2a=c2-q+c。（2）根据电容的串联公式：S*CroSDt.丄._疋0SJpeQ丄刍ggS亠各CDDttC-t串0S-C串（D-t）3）串；可得到固体介质相对介电常数公式：至此，根据面积S、间距D和E，求出C;再根据测到的C和C,求出C0012最终根据面积S、间距D、厚度t、E、C,可求出E。0串r实验仪器】固体介质测量装置（固体电极）ZC2811DLCR数字电桥螺旋测微器（千分尺）游标卡尺固体样品（圆片状的聚四氟乙烯塑料）注意事项】1）按时进入实验室，交预习实验报告第一部分（实验目的与原理），在规定的签到表上签名（包括学号和姓

4、名）。2）检查实验仪器设备，有问题及时报告指导老师。3）开始实验前，绘制好实验报告第二部分（实验记录）中的相关表格，以便在实验中进行数据记录。4）完成实验报告第二部分（实验记录）中实验数据后，需经指导老师审核通过后上交。5）实验操作结束后，请整理好相关实验仪器设备。6）离开实验室前，请做好实验桌面的清理工作，交将凳子放在桌子底下。大学物理实验报告第二部分（实验记录）学部（院）文正学院姓名某某某学号1700000专业17应化实验日期2018/9/3成绩原始实验数据及实验现象记录】1）.用电桥法测量固体电介质的相对介电常数实验数据记录（空气介质时测得电容记为C1,有介质时测得电容记为C2）电极零位

5、D00.020mm电极终位DI5.020mm间距D5.000mmeo8.85E-12F/mNO直径d/mm厚度t/mm面积S/mm2电容C/pF0电容C/pF1电容C/pF2电容C串/pF串介电常数r140.204.3801267.552.2414.8616.573.911.95240.104.36014.9416.61340.224.40215.0016.62平均值40.174.38114.9316.60（注：螺旋测微器读数保留小数3位，其余数据保留小数2位）数据记录（签名）：数据审核（签名）：附有关公式：圆面积：S=聖兀4以空气为介质时的电容：r=uD含样品介质和空气介质时的等效电容：C串

6、=+CQ串c寸相对介电常数：E=串%.S_C串（D-t）介电常数：=8.85X10-12（F/m）=855X10-3p（F/mm）0大学物理实验报告第三部分（实验方法与结果讨论）学部（院）文正学院姓名某某某学号1700000专业17应化实验日期2018/9/3成绩实验方法及步骤】在理解实验原理的前提下，按下面步骤进行操作：1）用电桥法测量固体电介质的相对介电常数兮取固体样品，要求为厚薄均匀、外径比电极极板略小的板状体.用游标卡尺和螺旋测微器测出样品的直径d和厚度t若干次，计算出平均值，并认真核对。连接好测量仪器线路，调节固体测量电极上、下极板的间距，并从电极的标尺上读出该间距D，使D为5.00

7、0mm，用交流电桥测出空气为介质时的电容量C,再保持电极极板的间距不变，将被测样品放人两极板间，再用电桥测出电极中有1介质时的电容量C。2重复3次，记录实验数据，计算出平均值，并认真核对。根据实验记录数据D、t、q、C,计算面积S、C、C，以及，填写到实验结果的表格中。为保1证仪2器测量精度，测0量前串可进行调零操作。根据数字电桥说明，调整好测试参数。实验数据处理及实验结果】用电桥法测量固体电介质的相对介电常数相关数据处理公式圆面积：S=聖兀4以空气为介质时的电容：r=ud含样品介质和空气介质时的等效电容：c串=c2-c+c0串c相对介电常数：=串%.S_c串（DT）实验数据处理结果见下表：（

8、间距D=5000mme=8.85E-12F/m）0NO直径d/mm厚度t/mm面积S/mm2电容C/pF0电容C/pF1电容C/pF2电容C串/pF串介电常数140.204.3801267.552.2414.8616.573911.95240.104.36014.9416.61340.224.40215.0016.62平均值40.174.38114.9316.60问题讨论】1）在测量固体液体电介质的相对介电常数时，接线的长短对测量结果的准确度有没有影响？为什么？答：根据理论分析，实验中仪器测量到的电容量准确度不仅受接线长短对的影响，还与外电极间的电容量、边界电容和测量系统误差有关，公式如下：C=C+c+c10边1分1C=C+c+c2串边2分2如果空气介质时测得C和放入介质时测得电容量C时，接线的长短及其他环12境条件相同时，对计算相对介电常数影响不大。2）在测量固体、液体电介质的相对介电常数时，怎样减少边界效应和测量系统分布电容对测量结果的影响？答：在