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9微波基础知识及测介电常数

9微波基础知识及测介电常数
9微波基础知识及测介电常数

实验五微波实验

微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术,它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用,在科学研究中也是一种重要的观测手段,微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出,微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间,因此它兼有两者的性质,却又区别于两者。与无线电波相比,微波有下述几个主要特点

图1 电磁波的分类

1.波长短(1m —1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微波波段制成

方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号,从而

确定物体的方位和距离,为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。

2.频率高:微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短,已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟,甚至还小,因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中,而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外,微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级,在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重,一般无线电元件如电阻,电容,电感等元件都不再适用,也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。

3.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流,而是研究微波系统中的电磁场,以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。

4.量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6~10-3eV,而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科,并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟,原子钟。(北京大华无线电仪器厂)

5.能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层,为卫星通讯,宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。

综上所述微波具有自己的特点,不论在处理问题时运用的概念和方法上,还是在实际应用的微波系统的原理和结构上,都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。

实验目的

1.学习微波的基本知识;

2.了解微波在波导中传播的特点,掌握微波基本测量技术;

3.学习用微波作为观测手段来研究物理现象。

微波基本知识

一、电磁波的基本关系

描写电磁场的基本方程是:

ρ=??D , 0=??B

t B E ??-=??,t

D j H ??+=?? ⑴ 和

E D ?=, H B μ=, E j γ=。 ⑵

方程组⑴称为Maxwell 方程组,方程组⑵描述了介质的性质对场的影响。

对于空气和导体的界面,由上述关系可以得到边界条件(左侧均为空气中场量)

0=t E ,o

n E εσ=, ⑶

i H t = ,0=n H 。

方程组⑶表明,在导体附近电场必须垂直于导体表面,而磁场则应平行于导体表面。

二、矩形波导中波的传播

在微波波段,随着工作频率的升高,导线的趋肤效应和辐射效应增大,使得普通的双导线不能完全传输微波能量,而必须改用微波传输线。常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线,本实验用的是矩形波导管,波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。

根据电磁场的普遍规律——Maxwell 方程组或由它导出的波动方程以及具体波导的边界条件,可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播:①横电波又称为磁波,简写为TE 波或H 波,磁场可以有纵向和横向的分量,但电场只有横向分量。②横磁波又称为电波,简写为TM 波或E 波,电场可以有纵向和横向的分量,但磁场只有横向分量。在实际应用中,一般让波导中存在一种波型,而且只传输一种波型,我们实验用的TE 10波就是矩形波导中常用的一种波型。

1.TE 10型波

在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中,从电磁场基本方程组⑴和⑵出发,可以解得沿z 方向传播的TE 10型波的各个场分量为

)()sin(z t j x e a x a j H βωππβ-=, 0=y H , )()cos(z t j z e a

x a j H βωππβ-= 0=x E , )(0)s i n (z t j y e a

x a j E βωππωμ--=, 0=z E , ⑷ 其中:ω为电磁波的角频率,f πω2=,f 是微波频率;

a 为波导截面宽边的长度;

β为微波沿传输方向的相位常数β=2π/λg ;

λg 为波导波长,2

)2(1a g λ

λ

λ-= 图2和式⑷均表明,TE 10波具有如下特点:

①存在一个临界波长λ=2α,只有波长λ<λC 的电磁波才能在波导管中传播

②波导波长λg >自由空间波长λ。

③电场只存在横向分量,电力线从一个导体壁出发,终止在另一个导体壁上,并且始

终平行于波导的窄边。

④磁场既有横向分量,也有纵向分量,磁力线环绕电力线。

⑤电磁场在波导的纵方向(z)上形成行波。在z 方向上,Ey 和Hx 的分布规律相同,

也就是说Ey 最大处Hx 也最大,Ey 为零处Hx 也为零,场的这种结构是行波的特点。

图 2 TE 10波的电磁场结构(a ),(b ),(c) 及波导壁电流分布(d)

2.波导管的工作状态

如果波导终端负载是匹配的,传播到终端的电磁波的所有能量全部被吸收,这时波导中呈现的是行波。当波导终端不匹配时,就有一部分波被反射,波导中的任何不均匀性也会产生反射,形成所谓混合波。为描述电磁波,引入反射系数与驻波比的概念,反射

系数Γ定义为

φj i r e E E Γ==Γ/。

驻波比ρ定义为:

min

max E E =ρ 其中:max E 和min E 分别为波腹和波节 图 3(a )行波,(b )混合波,(c)驻波 点电场E 的大小。

不难看出:对于行波,ρ=1;对于驻波,ρ=∞;而当1<ρ<∞,是混合波。图3为

行波、混合波和驻波的振幅分布波示意图。

常用微波元件及设备简介

1.波导管:本实验所使用的波导管型号为BJ —100,其内腔尺寸为α=22.86mm ,b =10.16mm 。其主模频率范围为8.20~12.50GHz ,截止频率为6.557GHz 。

2.隔离器:位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收,经过适当调节,可使其对微波具有单方向传播的特性(见图4)。隔离器常用于振荡器与负载之间,起隔离和单向传输作用。

3.衰减器:把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边,纵向插入波导管即成(见图

5),用以部分衰减传输功率,沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。

图 4 隔离器结构示意图 图5 衰减其结构示意图

4.谐振式频率计(波长表):

图6 a 谐振式频率计结构原理图一 图6 b 谐振式频率计结构原理图二

1. 谐振腔腔体 1. 螺旋测微机构

2. 耦合孔 2. 可调短路活塞

3. 矩形波导 3. 圆柱谐振腔

4. 可调短路活塞 4. 耦合孔

5. 计数器 5. 矩形波导

6. 刻度

7. 刻度套筒

电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中,当频率计的腔体失谐时,腔里的电磁场极为微弱,此时,它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时,发生谐振,反映到波导中的阻抗发生剧烈变化,相应地,通过波导中的电磁波信号强度将减弱,输出幅度将出现明显的跌落,从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度,通过查表可得知输入微波谐振频率。(图6a) 或从刻度套筒直接读出输入微波的频率(图6b)。两种结构方式都是以活塞在腔体中位移距离来确定电磁波的频率的,不同的是,图6a读取刻度的方法测试精度较高,通常可做到5×10-4,价格较低。而见图6b直读频率刻度,由于在频率刻度套筒加工受到限制,频率读取精度较低,一般只能做到3×10-3左右且价格较高。

5.驻波测量线:驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。在波导的宽边中央开有一个狭槽,金属探针经狭槽伸入波导中。由于探针与电场平行,电场的变化在探针上感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。

6.晶体检波器:从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压,经微波二极管进行检波,调节其短路活塞位置,可使检波管处于微波的波腹点,以获得最高的检波效率。

7.匹配负载:波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料,它几乎能全部吸收入射功率。8.环行器:它是使微波能量按一定顺序传输的铁氧体器件。主要结构为波导Y形接头,在接头中心放一铁氧体圆柱(或三角形铁氧体块),在接头外面有“U”形永磁铁,它提供恒定磁场H0。当能量从1-端口输入时,只能从2端口输出,3端口隔离,同样,当能量从2端口输入时只有3端口输出,1端口无输出,以此类推即得能量传输方向为1→2→3→1的单向环行(见图7)。

图7 Y行环形器图8 单螺调配器示意图

9.单螺调配器:插入矩形波导中的一个深度可以调节的螺钉,并沿着矩形波导宽壁中心的无辐射缝作纵向移动,通过调节探针的位置使负载与传输线达到匹配状态(见图8)。调匹配过程的实质,就是使调配器产生一个反射波,其幅度和失配元件产生的反射波幅度相等而相位相反,从而抵消失配元件在系统中引起的反射而达到匹配。

10.微波源:提供所需微波信号,频率范围在8.6~9.6GHz内可调,工作方式有等

幅、方波、外调制等,实验时根据需要加以选择。

11.选频放大器:用于测量微弱低频信号,信号经升压、放大,选出1kHz附近的信号,经整流平滑后由输出级输出直流电平,由对数放大器展宽供给指示电路检测。

12.特斯拉计(高斯计):是测量磁场强度的一种仪器,用它可以测量电磁铁的电流

与磁场强度的对应关系。

一、微波测量系统及驻波比的测量

由于微波的波长很短,传输线上的电压、电流既是时间的函数,又是位置的函数,使得电磁场的能量分布于整个微波电路而形成“分布参数”,导致微波的传输与普通无线电波完全不同。此外微波系统的测量参量是功率、波长和驻波参量,这也是和低频电路不同的。

1.1 实验目的

1.了解波导测量系统,熟悉基本微波元件的作用。

2.掌握驻波测量线的正确使用和用驻波测量线校准晶体检波器特性的方法。

3.掌握大、中、小电压驻波系数的测量原理和方法。

1.2 实验原理

探测微波传输系统中电磁场分布情况,测量驻波比、阻抗、调匹配等,是微波测量的重要工作,测量所用基本仪器是驻波测量线(见图9)。

测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样,探头的移动靠滑架上的传动装置,探头的输出送到显示装置,就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。测量线外形如图9A:

图9A: DH364A00型3cm测量线外形

测量线波导是一段精密加工的开槽直波导,此槽位于波导宽边的正中央,平行于波导轴线,不切割高频电流,因此对波导内的电磁场分布影响很小,此外,槽端还有阶梯匹配段,两端法兰具有尺寸精确的定位和连接孔,从而保证开槽波导有很低的剩余驻波系数。

不调谐探头由检波二极管、吸收环、盘形电阻、弹簧、接头和外壳组成,安放在滑架的探头插孔中。不调谐探头的输出为BNC接头,检波二极管经过加工改造的同轴检波管,其内导体作为探针伸入到开槽波导中,因此,探针与检波晶体之间的长度最短,从而可以不经调谐,而达到电抗小、效率高,输出响应平坦。

滑架是用来安装开槽波导和不调谐探头的,其结构见图9。把不调谐探头放入滑架的探头插孔⑹中,拧紧锁紧螺钉⑽,即可把不调谐探头固紧。探针插入波导中的深度,用户可根据情况适当调整。出厂时,探针插入波导中的深度为1.5mm ,约为波导窄边尺寸的15%,

图9驻波测量线结构外形图

⑴水平调整螺钉用于调整测量线高度

⑵百分表止挡螺钉细调百分表读数的起始点

⑶可移止挡粗调百分表读数

⑷刻度尺指示探针位置

⑸百分表插孔插百分表用

⑹探头插孔装不调谐探头

⑺探头座可沿开槽线移动

⑻游标与刻度尺配合,提高探针位置读数分辨率

⑼手柄旋转手柄,可使探头座沿开槽线移动

⑽探头座锁紧螺钉将不调谐探头固定于探头插孔中

⑾夹紧螺钉安装夹紧百分表用

⑿止挡固定螺钉将可移止挡⑶固定在所要求的位置上

⒀定位垫圈(图中未示出)用来控制探针插入波导中的深度。

在分析驻波测量线时,为了方便起见通常把探针等效成一导纳Y u与传输线并联。如

图10所示。其中G u为探针等效电导,反映探针吸取功率的大小,B u为探针等效电纳,表示探针在波

导中产生反射的影响。当终端接任意阻抗时,由于G u 的分流作用,驻波腹点的电场强度要比真实值小,而B u 的存在将使驻波腹点和节点的位置发生偏移。当测量线终端短路时,如果探针放在驻波的波节点B 上,由于此点处的输入导纳y in →∞故Y u ”的影响很小,驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻波的波腹点,由于此点上的输入导纳y in →0,故Y u 对驻波腹点的影响就特别明显,探针呈容性电纳时将使驻波腹点向负载方向偏移。如图11所示。所以探针引入的不均匀性,将导致场的图形畸变,使测得的驻波波腹值下降而波节点略有增高,造成测量误差。欲使探针导纳影响变小,探针愈浅愈好,但这时在探针上的感应电动势也变小了。通常我们选用的原则是在指示仪表上有足够指示下,尽量减小探针深度,一般采用的深度应小于波导高度的10%~15%。

图10 探针等效电路

图11 探针电纳对驻波分布图形的影响

一、 晶体检波特性校准

微波频率很高,通常用检波晶体(微波二极管)将微波信号转换成直流信号来检测的。

晶体二极管是一种非线性元件,亦即检波电流J 同场强正之间不是线性关系,在一定范围内,大致有如下关系

αkE I = ⑸

其中:k,α是和晶体二极管工作状态有关的参量。当微波场强较大时呈现直线律,当微波场强较小时(P

校准方法:将测量线终端短路,这时沿线各点驻波的振幅与到终端的距离l 的关系应当为

g l

k E λπ2sin '= ⑹

上述关系中的l 也可以以任意一个驻波节点为参考点。将上两式联立,并取对数得到

g l

g A K gI λπ2sin 11+= ⑺

用双对数纸作出1gI —1gl |sin(2πl /λg )|曲线,若呈现为近似一条直线,则直线的斜率即是α,若不是直线,也可以方便地由检波输出电流的大小来确定电场的相对关系。

二、电压驻波比测量

驻波测量是微波测量中最基本和最重要的内容之一,通过驻波测量可以测出阻抗、波长、相位和Q 值等其他参量。在测量时,通常测量电压驻波系数,即波导中电场最大值与最小值之比,即

min

max E E =ρ ⑻ 测量驻波比的方法与仪器种类很多,本实验着重熟悉用驻波测量线测驻波系数的几种方法。 l .小驻波比(1.05<ρ<1.5)

这时,驻波的最大值和最小值相差不大,且不尖锐,不易测准,为了提高测量准确度,可移动探针到几个波腹点和波节点记录数据,然后取平均值再进行计算。

若驻波腹点和节点处电表读数分别为I max ,I min ,则电压驻波系数为

n

nE n nE I I I I I I E E E E E E min 2min 1min max 2

max 1max min 2min 1min max 2max 1max ++++++=++++++= αρ ⑼ 2.中驻波比(1.5< <6)

此时,只须测一个驻波波腹和一个驻波波节,即直接读出I max I min 。

min

max min max I I E E αρ== ⑽ 3.大驻波比(ρ≥5)

此时,波腹振幅与波节振幅的区别很大,因此在测量最大点和最小点电平时,使晶体工作在不同的检波律,故可采用等指示度法,

也就是通过测量驻波图形中波节点附近场的

分布规律的间接方法(见图12)。

我们测量驻波节点的值、节点两旁等指示

度的值及它们之间的距离

)sin()(

cos *2/2g

g W W k λπλπρα= ⑾

图 12 节点附近场的分布

min I I k 最小点读数测量读数

=

I 为驻波节点相邻两旁的等指示值,W 为等指示度之间的距离。

当k=2时(若α=2)

)(sin 1

12g

W λπρ+= ⑿ 称为“二倍最小值”法。

当驻波比很大(ρ≥10)时,W 很小,有

W g

πλρ= ⒀

必须指出:W 与入g 的测量精度对测量结果影响很大,因此必须用高精度的探针位置指示装置(如百分表)进行读数。

图13 实验装置示意图

1—微波信号源 2—隔离器 3—衰减器 4—频率计 5—测量线 6—检波晶体

7—选频放大器 8——喇叭天线 9——匹配负载 10—短路片 11—失配负载

1.3 实验要求及数据处理

1.开启微波信号源(DH1121C 或WY19B ),选择好频率,工作方式选择“方波”。

2.将测量线探针插入适当深度,用选频放大器测量微波的大小,选择较小的微波输

出功率并进行驻波测量线的调谐。

3.用直读频率计测量微波频率,并计算微波波导波长。

4.作短路负载时的I-l /曲线,通过此曲线求出实测波导波长并与理论值进行比较。

5.根据短路负载的1gI —1gl |sin(2πl /λg )|曲线,求出α。

6.测量不同负载的驻波比(匹配负载、喇叭天线、开路及失配负载)。

7.(选做)微波辐射的观察。

在测量线与晶体检波器中间连接两个相对放置的喇叭天线,并拉开一段距离,将检波晶体的输出接到电流表上,用电流表测量微波的大小。

将金属板放人两个喇叭天线之间,观察终端和测量线的输出有何变化。再将金属栅框竖着和横着分别代替金属板,观察输出又有何变化。

移动晶体检波器,使两个喇叭天线呈垂直放置,然后分别将金属板和竖放及横放的金属栅框按图14(b)中所示的位置放置,再记录下你所观察到的现象。

请用你所学过的知识解释上述现象。

用晶体检波器测量微波时,为获得最高的检波效率,它都装有一可调短路活塞,调节

其位置,可使检波管处于微波的波腹。改变其位置时,也应随之改变晶体检波器短路活塞

位置,使检波管一直处于微波波腹的位置。

图14 微波传输特性的观察

(a)栅网对微波的阻挡;(b)栅网对微波的反射;(c)金属板;(d)竖直栅框;(e)水平栅框

1.4 思考题

1.开口波导的ρ≠∞,为什么?

2.驻波节点的位置在实验中精确测准不容易,如何比较准确的测量?

3.如何比较准确地测出波导波长?

4.在对测量线调谐后,进行驻波比的测量时,能否改变微波的输出功率或衰减大小?

二、用谐振腔微扰法测量微波介质特性

微波技术中广泛使用各种微波材料,其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量,对于研究材料的微波特性和制作微波器件,获得材料的结构信息以促进新材料的研制,以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。

2.1 实验目的

1.了解谐振腔的基本知识。

2.学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法

本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板,另一端加上封闭的金属板,构成谐振腔,具有储能、选频等特性。

谐振条件:谐振腔发生谐振时,腔长必须是半个波导波长的整数倍,此时,电磁波在腔内连续反

射,产生驻波。

谐振腔的有载品质因数Q L 由下式确定:

2

10f f f Q L -= ⒁ 式中:f 0为腔的谐振频率,f 1,f 2分别为半功率点频率。谐振腔的Q 值越高,谐振曲线越窄,因此Q 值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外,还表示频率选择性的好坏。

如果在矩形谐振腔内插入一样品棒,样品在腔中电场作用下就会极化,并在极化的过程中产生能量损失,因此,谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。

图15 反射式谐振腔谐振曲线 图16 微找法TE 10n 模式矩形腔示意图

电介质在交变电场下,其介电常数ε为复数,ε和介电损耗正切tan δ可由下列关系式

表示:

εεε''-'=j , εεδ'''=

tan , ⒂ 其中:ε,和ε,,分别表示ε的实部和虚部。

选择TE 10n ,(n 为奇数)的谐振腔,将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处,

即x =α/2,z =l /2处,且样品棒的轴向与y 轴平行,如图16所示。

假设:

1.样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相比小得多(一般

d /h<1/10),y 方向的退磁场可以忽略。

2.介质棒样品体积Vs 远小于谐振腔体积V 0,则可以认为除样品所在处的电磁场发

生变化外,其余部分的电磁场保持不变,因此可以把样品看成一个微扰,则样品中的电场与外电场相等。

这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式

00)1(2V V f f f S s -'-=-ε 0

41V V Q S L ε''=? ⒃ 式中:f 0,fs 分别为谐振腔放人样品前后的谐振频率,Δ (1/Q L )为样品放人前后谐振腔

的有载品质因数的倒数的变化,即

11)1(L LS L Q Q Q -=? ⒄ Q L0,Q LS 分别为放人样品前后的谐振腔有载品质因数。

2.2 实验装置

微波信号源最好要用扫源,也可用其他带有窄带扫频的信号源(推荐品种:DH1121C 型三厘米固态信号源,WY-19A 型速调管信号源)

晶体检波器接头最好是满足平方律检波的,这时检波电流表示相对功率(I ∝P)。

检波指示器用来测量反射式谐振腔的输出功率,量程0~100μA 。(推荐品种:DH2510型) 微波的频率用波长表测量刻度,通过查表确定微波信号的频率。

用晶体检波器测量微波信号时,为获得最高的检波效率,它都装有一可调短路活塞,调节其位置,可使检波管处于微波的波腹。改变微波频率时,也应改变晶体检波器短路活塞位置,使检波管一直处于微波波腹的位置。

图17 试验装置示意图

1— 微波信号源 2—隔离器 3—衰减器 4—波长表 5—测量线 6—测量线晶体

7—选频放大器 8—环形器 9—反射式谐振腔 10—隔离器 11—晶体检波器

2.3 实验内容

1.按图接好各部件。注意:反射式谐振腔前必须加上带耦合孔的耦合片,接入隔离器 及环形器时要注意其方向。

2.开启微波信号源,选择“等幅”方式,预热30分钟。

3.测量谐振腔的长度,根据公式计算它的谐振频率,一定要保证n 为奇数。

4.将检波晶体的输出接到电流表上,用电流表测量微波的大小,在计算的谐振频率

附近微调微波频率,使谐振腔共振,用直读频率计测量共振频率。

5.测量空腔的有载品质因数,注意: f 1, f 2与f 0的差别很小,约0.003GHz 。

6.加载样品,重新寻找其谐振频率,测量其品质因数。

7.测量介质棒及谐振腔的体积。

8.计算介质棒的介电常数和介电损耗角正切。

2.4 思考题

1.如何判断谐振腔是否谐振?

2.本实验中,谐振腔谐振时,为什么"必须是奇数?

3.若用传输式谐振腔如何测量介质的介电常数,可否画出实验装置。

电介质的电学性能及测试方法

电介质材料的电性包括介电性、压电性、铁电性和热释电性等。 1介电性、 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场,介质中电场与原外加电场(真空中) 的比值即为相对介电常数,又称诱电率,与频率相关。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。 介电常数又称电容率或相对电容率,表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据,常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值,表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。对介电常数越小即某介质下的电容率越小,应该更不绝缘。来个极限假设,假设该介质为导体,此时电容就联通了,也就没有电容,电容率最小。介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中,介电常数是溶剂的一个重要性质,它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂,有较大隔开离子的能力,同时也具有较强的溶剂化能力。 科标检测介电常数检测标准如下: GB11297.11-1989热释电材料介电常数的测试方法 GB11310-1989压电陶瓷材料性能测试方法相对自由介电常数温度特性的测试 GB/T12636-1990微波介质基片复介电常数带状线测试方法 GB/T1693-2007硫化橡胶介电常数和介质损耗角正切值的测定方法 GB/T2951.51-2008电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第51部分:填充膏专用 试验方法滴点油分离低温脆性总酸值腐蚀性23℃时的介电常数23℃和100℃时的直 流电阻率 GB/T5597-1999固体电介质微波复介电常数的测试方法 GB/T7265.1-1987固体电介质微波复介电常数的测试方法微扰法 GB7265.2-1987固体电介质微波复介电常数的测试方法“开式腔”法 SJ/T10142-1991电介质材料微波复介电常数测试方法同轴线终端开路法 SJ/T10143-1991固体电介质微波复介电常数测试方法重入腔法 SJ/T11043-1996电子玻璃高频介质损耗和介电常数的测试方法 SJ/T1147-1993电容器用有机薄膜介质损耗角正切值和介电常数试验方法 SJ20512-1995微波大损耗固体材料复介电常数和复磁导率测试方法 SY/T6528-2002岩样介电常数测量方法 服务范围:老化测试、物理性能、电气性能、可靠性测试、阻燃检测等 介电性能 介电材料(又称电介质)是一类具有电极化能力的功能材料,它是以正负 电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。极化指在外加电场作用下,构成电介质材料的内部微观粒子,如原子,离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离,并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动,从而形成偶极子的过程。极化现象和频率密切相关,在特定的的频率范围主要有四种极化机制:电子极化(electronic polarization,1015Hz),离子极化(ionic polarization,1012~1013Hz),转向极化(orientation polarization,1011~1012Hz)和 空间电荷极化(space charge polarization,103Hz)。这些极化的基本形式又分为位 移极化和松弛极化,位移极化是弹性的,不需要消耗时间,也无能量消耗,如电子位移极化和离子位移极化。而松弛极化与质点的热运动密切相关,极化的建立

电测听检查基础知识

电测听检查的几个基本概念 分贝刻度 人耳所能听到的声音的能量范围极其广泛,引起听阈的最小声强为10-12 W/m2,引起痛觉的最小声强为1 W/m2,相差1万亿倍;以声压计,引起听阈的最小声强为20μPa,引起痛觉的最小声强为20μPa,相差100万倍。计数起来不方便。若以某一绝对声强为基准,将声强的绝对值转化为与该基准声强的比值,则该比值称为声强的级。 将声强的级取以10为底的对数,可将1012倍的差值转化为差值仅为12的对数计数,计数单位为贝尔(Bell),较为方便。但以贝尔为计数单位又嫌分级过粗;因此以1/10 B,即分贝(dB)为计数单位。’ 在声学计量上采用分贝的表示法,还有另外一个理由:美国科学家Stevens发现人耳对声音响度的感受也遵循对数变化的规律。声强每增减10倍,人耳所感受的声音响度增减l倍。 三、声压级声强级 声强的级(或声压的级),只是一种概念,它只有在规定了基准声强(或声压)数值之后,才转变成一个专门的声学术语——声强级或声压级。 (一)定义 声场中某点的声压级,是指该点的声压p与基准声压p0的比值,取以10为底的对数再乘以20的值。p0为基准声压,在空气中取人耳在1 000 Hz所能听到的最小声压20μPa,作为基准声压,在水中取1μPa为基准声压。数值以分贝(dB)表示,国际标准推荐用LP代表声压级,但习惯上仍用英文缩写SPL(sound pressure level)表示 LP=20 lg(P/Po) (1) 声场中某点的声强级,是指该点的声强I与基准声强Io的比值,取以10为底的对数再乘以10的值。I0为基准声强,在空气中为10-12W/m2。声强级记为L1,数值以分贝(dB)表示LI=10 lg(I/Io) I0的取值可由式(1),I=p2/ρc推算而来,Io=p02/ρc=(20μPa)2/415=(400×10-12)/415≈10-12W/m2,所以可以推导LI=10 lg(I/Io)=10 lg[(p2/ρc)/(p20/ρc)]=10 lg(p2/ P02)=20 lg(p/Po)=Lp。所以尽管声压级和声强级在物理概念上是不同的,但在数值上却 是一致的,在许多不太严格的情况下,对声音强度进行描述时两者是通用的。 四、倍频程刻度 对频率的计数也很少采用线性刻度,而多采用对数刻度,这与心理声学中人对音调的主观感受是一致的。频率采用对数刻度后,人耳最敏感的频率1 000 Hz也恰巧位于20~20 000 Hz这一频率范围的对数坐标的中部。如同声音的强度以分贝计量,对频率的计量采用倍频程(octave)计量。频率每增加1倍,称为1个倍频程,音乐上称为一个八度。 从听力学角度,频率跨度间的上下限频率相除为2的若干次幂,就称为若干倍频程。如频率从f至2f为1个倍频程;从f至4f为2个倍频程;从f至,f1/3为1/3个倍频程。 等响曲线 响度是人耳判别声音由弱到响的强度等级概念,它不仅取决于声音的强度,还与它的频率及波形有关。响度的单位叫做宋,1宋定义为一个来自听者对面的频率为1 kHz、声压级为40dB的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这一声音响n倍,就说这声音的响度为n宋。 1 kHz纯音声压级的分贝值,就定义为响度级的数值,单位叫方。因此40 dB SPL、1 kHz 纯音的响度级就是40方。对于任何其他频率的声音,当调节1 kHz纯音,使它听起来与这声音一样响时,则这1 kHz纯音的声压级分贝值,就定义为这声音的响度级方值。

选修四第四章电化学基础测试题

高二化学选修四《电化学基础》复习检测试题 可能用到的相对原子质量:H:1 C:12 N:14 O:16 Cu:64 Ag:108 第I卷(选择题共51分) 一、选择题(本题包括17小题,每题只有一个选项符合题意,每题3分共51分)1.下列金属防腐的措施中,属于牺牲阳极的阴极保护法的是( ) A.水中的钢闸门连接电源的负极 B.金属护拦表面涂漆 C.汽水底盘喷涂高分子膜 D.地下钢管连接锌板 2.下列叙述正确的是( ) A.电镀时,通常把待镀的金属制品作阳极 B.氯碱工业是电解熔融的NaCl,在阳极能得到Cl 2 C.氢氧燃料电池(酸性电解质)中O 2通入正极,电极反应为O 2 +4H++4e- ===2H 2 O D.下图中电子由Zn极流向Cu,盐桥中的Cl-移向CuSO 4 溶液 3.下列有关电化学的示意图中正确的是( ) 4.用铁丝、铜丝和CuSO 4 正确的是( ) A.构成原电池时Cu极反应为:Cu—2e =Cu2+ B.构成电解池时Cu极质量可能减少也可能增加 C.构成电解池时Fe极质量一定减少 D.构成的原电池或电解池工作后就可能产生大量气体 Fe Cu

5.如图,将纯Fe棒和石墨棒插入1 L饱和NaCl溶液中。下列说法正确的是A.M接负极,N接正极,当两极产生气体总量为22.4 L(标准状况) 时,生成1 mol NaOH B.M接负极,N接正极,在溶液中滴人酚酞试液,C电极周围溶液变红 C.M接负极,N接正极,若把烧杯中溶液换成1 L CuSO 4 溶液,反 应一段时间后,烧杯中产生蓝色沉淀 D.M接电源正极,N接电源负极,将C电极换成Cu电极,电解质溶 液换成CuSO 4 溶液,则可实现在铁上镀铜 6.为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下: 电池:Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2 SO 4 (aq)=2PbSO 4 (s)+2H 2 O(l) 电解池:2Al+3H 2O Al 2 O 3 +3H 2 电池电解池 A H+移向Pb电极H+移向Pb电极 B 每消耗3molPb 生成2molAl 2O 3 C 正极:PbO 2+4H++2e=Pb2++2H 2 O 阳极:2Al+3H 2 O-6e=Al 2 O 3 +6H+ D 7 极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b<d。 选项X Y A.MgSO 4CuSO 4 B.AgNO 3Pb(NO 3 ) 2 C.FeSO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 D.CuSO 4AgNO 3 8 2O 7 2-)时,以铁板作阴、阳极,处理 过程中存在反应Cr 2O 7 2+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H 2 O,最后Cr3+以Cr(OH) 3 形式除 去,说法不正确 ...的是 A.阳极反应为Fe-2e-=Fe2+ B.电解过程中溶液pH不会变化 C.过程中有Fe(OH) 3沉淀生成 D.电路中每转移12mol电子,最多有 Fe C 饱和NaCl溶液 电源 M N

《电化学基础》考题分析与解题方法

《电化学基础》考题分析与解题方法 广州市真光中学化学科王国强 一、课程标准、考试说明的要求 新课程内容标准新课程活动 与探究建议 2010年广东省高考 考试说明要求 1.体验化学能与电能相互转化的探究过程,了解原电池和电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。2.通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理,认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 3.能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害,通过实验探究防止金属腐蚀的措施。①实验探究:电能与 化学能的相互转化。 ②调查市场常见化学 电池的种类,讨论它 们的工作原理、生产 工艺和回收价值。 ③查阅资料并交流: 防止钢铁腐蚀的方 法。 1. 了解原电池和电解池 的工作原理,能写出电极 反应和电池反应方程式。 了解常见化学电源的种 类及其工作原理。 2.理解金属发生电化学 腐蚀的原因,金属腐蚀的 危害,防止金属腐蚀的措 施。 二、近三年高考有关电化学知识考题分析 从新课程实验省(如山东、宁夏、广东、海南、江苏、天津等)近三年化学考题分析,其中考查原电池、电解池原理及电化学腐蚀的考题有19题,全国所有省份2009年高考题就有20题之多,可见这部分知识重要性。 (一)原电池及原理其综合考查 1、在书本锌铜原电池原理基础上稍有变化的原电池:从原电池的组成、电极反应(或原电 池反应)、电流方向(或电子流向)、盐桥的作用等多方面来考查原电池的基本原理,在多年来高考题中时有出现,体现了对基础知识和能力的考查。如(09福建卷11)(08年广东化学·5)(07年海南卷第14题)有盐桥的铜银电池;(07年宁夏理综·26)锌银原电池工作原理与阿伏伽德罗常数关系;(07年山东理综·29)简单原电池设计。(见附件1)【复习建议】高考命题的原则是万变不离其宗,无论谁命题考查的都是教材的核心知识内容。必须抓好基础,重视课本,重视主干知识,逐一过关。同样是重点知识内容,复习方法可以有所不同。电化学部分知识是学生易弄错易弄混的难点知识内容。学习和复习的过程中都不能赶进度,也不能搞“题海战术”。要引导学生认真阅读教材,深入思考核心知识内容,最关键的知识内容一定要让学生自己理解记忆,而不是死记硬背。学生把难点真正“消化”了就可以做到一通百通,题目再怎么变换形式,学生也能会答,而不用老师讲个面面俱道。复习

最新9微波基础知识及测介电常数汇总

9微波基础知识及测 介电常数

实验五微波实验 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术,它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用,在科学研究中也是一种重要的观测手段,微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出,微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间,因此它兼有两者的性质,却又区别于两者。与无线电波相比,微波有下述几个主要特点 图1 电磁波的分类 1.波长短(1m —1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微波波段制成方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号,从而 确定物体的方位和距离,为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2.频率高:微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短,已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟,甚至还小,因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中,而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外,微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级,在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重,一般无线电元件如电阻,电容,电感等元件都不再适用,也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。

3.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流,而是研究微波系统中的电磁场,以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4.量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6~10-3eV ,而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科,并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟,原子钟。(北京大华无线电仪器厂) 5.能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层,为卫星通讯,宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点,不论在处理问题时运用的概念和方法上,还是在实际应用的微波系统的原理和结构上,都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 实 验 目 的 1. 学习微波的基本知识; 2. 了解微波在波导中传播的特点,掌握微波基本测量技术; 3. 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。 微波基本知识 一、电磁波的基本关系 描写电磁场的基本方程是: ρ=??D , 0=??B

介电常数的测量

《大学物理》实验报告 学院: 专业: 姓名: 学号: 实验题目:介电常数的测量 实验目的:1.掌握固体、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实验方法 3.学习用线性回归处理数据的方法。 实验原理: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: D S C ε= D 为极板间距,S 为极板面积,ε即为介电常数。材料不同ε也不同。在真空中的介电常数为 0ε,m F /1085.8120-?=ε。 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 ε。 如能测出平行板电容器在真空里的电容量C 1及充满介质时的电容量C 2,则介质的相对介电常数即为 1 2 r C C ε= 然而C 1、C 2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可忽略,这些因素将会引起很大的误差,该误差属系统误差。本实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,并消除实验中的系统误差。 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交流电桥相连接,测出空气中的电容C 1和放入固体电介质后的电容C 2。 1101C C C C 分边++= 222C C C C 分边串++= 其中C 0是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量: D S C 00ε= C 边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和,C 分为测量引线及测量系统等引起的分

布电容之和,放入样品时,样品没有充满电极之间,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,根据电容串联公式有: (D-t) εt S εεt S εεt D S εt S ε εD-t S εC r r r r +=+-? =0 0000串 当两次测量中电极间距D 为一定值,系统状态保持不变,则有21C C 边边=、21C C 分分=。 得:012C C C C +-=串 最终得固体介质相对介电常数:t) (D C S εt C ε r --?= 串0串 该结果中不再包含分布电容和边缘电容,也就是说运用该实验方法消除了由分布电容和边缘效应引入的系统误差。 2. 线性回归法测真空介电常数0ε 上述测量装置在不考虑边界效应的情况下,系统的总电容为:分0 0C D S εC += 保持系统分布电容不变,改变电容器的极板间距D ,不同的D 值,对应测出两极板间充满空气时的电容量C 。与线性函数的标准式BX A Y +=对比可得:C Y =,分C A =, 00S B ε=,D 1 X = ,其中S 0为平行板电容极板面积。用最小二乘法进行线性回归,求得分布电容C 分和真空介电常数0ε(空εε≈0)。 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C 01和C 02,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: LC 2π1 f =,或 22 2 241f k Lf C ==π 其中分C C C 0+=。测试仪中电感L 一定,即式中k 为常数,则频率仅随电容C 的变 化而变化。当电极在空气中时接入电容C 01,相应的振荡频率为f 01 ,得:2012 01f k C C =+分, 接入电容C 02,相应的振荡频率为f 02 ,得:202 2 02f k C C =+分

人教版 电化学基础 单元测试

电化学基础 一、选择题 1.银锌电池是广泛用做各种电子仪器的电源,其放电过程可表示为Ag2O+Zn==ZnO+2Ag,此电池放电时,负极上发生反应的物质是() A 、 Ag B、ZnO C、Ag2O D、Zn 【答案】D 2.结合图判断, 下列叙述正确的是() A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护 B.Ⅰ和Ⅱ中Cl-均向Fe电极移动 C.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-=Fe2+ D.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+4e-+2H2O=4OH- 【答案】A 3.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如右图.下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是() A.该电池工作时电能转化为化学能 B.该电池中电极a是正极 C.外电路中电子由电极a通过导线流向电极b D.该电池的总反应:H2+O2=H2O

【答案】C 4.某航空站安装了一台燃料电池,该电池可同时提供电和水蒸气。所用燃料为氢气,电解质为熔融的碳酸钾。已知该电池的总反应为2H2+O2===2H2O,正极反应为O2+2CO2+4e-===2CO32-,则下列推断正确的是() A.负极反应为H2+2OH--2e-===2H2O B.该电池可在常温或高温时进行工作,对环境具有较强的适应性 C.该电池供应2 mol水蒸气,同时转移2 mol电子 D.放电时负极有CO2生成 【答案】D 5.将含有0.400molCuSO4和0.200molKCl的水溶液1L,用惰性电极电解一段时间后,在一个电极上析出19.2gCu,此时在另一电极上放出的气体在标准状况下的体积为() A.5.60L B.6.72L C.4.48L D.3.36L 【答案】C 6.蓄电池在充电时作电解池,放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱,一个接线柱旁标有“+”,另一个接线柱旁标有“-”。关于标有“+”的接线柱,下列说法中正确的是() A.充电时作阳极,放电时作正极 B.充电时作阳极,放电时作负极 C.充电时作阴极,放电时作负极 D.充电时作阴极,放电时作正极 【答案】A 7.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是() A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护 B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀 C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀 D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe﹣3e﹣═Fe3+ 【答案】B 8.某小组为研究金属的腐蚀与防护,设计如图所示装置。下列叙述不正确的是()

电化学基础练习题及答案

第11章氧化还原反应电化学基础 一、单选题 1. 下列电对中,θ值最小的是:D A: Ag+/Ag;B: AgCl/Ag;C: AgBr/Ag;D: AgI/Ag 2. θ(Cu2+/Cu+)=,θ(Cu+/Cu)=,则反应2 Cu+Cu2+ + Cu的Kθ为:C A: ×10-7;B: ×1012;C: ×106;D: ×10-13 3. 已知θ(Cl2/ Cl-)= +,在下列电极反应中标准电极电势为+ 的电极反应是:D A:Cl2+2e- = 2Cl- B: 2 Cl-- 2e- = Cl2C:1/2 Cl2+e-=Cl- D:都是 4. 下列都是常见的氧化剂,其中氧化能力与溶液pH 值的大小无关的是:D A: K2Cr2O7 B: PbO2C: O2D: FeCl3 5. 下列电极反应中,有关离子浓度减小时,电极电势增大的是:B A: Sn4+ + 2e- = Sn2+ B: Cl2+2e- = 2Cl- C: Fe - 2e- = Fe2+ D: 2H+ + 2e- = H2 6. 为防止配制的SnCl2溶液中Sn2+被完全氧化,最好的方法是:A A: 加入Sn 粒B:. 加Fe 屑C: 通入H2D: 均可 二、是非题(判断下列各项叙述是否正确,对的在括号中填“√”,错的填“×”) 1. 在氧化还原反应中,如果两个电对的电极电势相差越大,反应就进行得越快。 ×(电极电势为热力学数据,不能由此判断反应速率)2.由于θ(Cu+/Cu)= + , θ(I2/ I-)= + , 故Cu+和I2不能发生氧化还原反应。×(标态下不反应,改变浓度可反应。) 3.氢的电极电势是零。×(标准电极电势) 4.FeCl3,KMnO4和H2O2是常见的氧化剂,当溶液中[H+]增大时,它们的氧化能力都增加。×(电对电极电势与PH无关的不变化。) 三、填空题

11.3 材料微波介电常数和磁导率测量

实验11.3 材料微波介电常数和磁导率测量 一、引言 隐身技术是通过控制、降低目标的可探测信号特征,使其不易被微波、红外、可见光、声波等各种探测设备发现、跟踪、定位的综合技术。其中,微波隐身(或称雷达波隐身)的研究早在20世纪30年代就开始了。现在已发展成集形状隐身、材料隐身等一体的高度复杂的技术,并已应用到导弹、飞机、舰船、装甲车辆、重要军事设施等许多武器装备上。 雷达隐身技术中,最简单的一种是涂覆型隐身技术。它是将吸波材料直接以一定的厚度涂覆在外壳以降低对微波的反射,减小雷达探测截面,提高隐身能力。而材料的微波介电常数和导弹磁率与吸波性能有关,本实验用开关短路法对其进行测量。 二、实验目的 1. 了解和掌握微波开路和短路的含意和实现方法。 2. 掌握材料微波介电常数和磁导率的原理和方法。 3. 了解微波测试系统元部件的作用。 三、实验原理 对于涂覆在金属平板(假定其为理想导体,下同)表面的单层吸波材料,空气与涂层界面处的输入阻抗为 ()d Z Z γεμγ γ th 0 = 其中Ω== 3770 0εμZ 是自由空间波阻抗,γ是电磁波在涂层中的传播常数,d 是吸收波涂层厚度,μγ,εγ分别为涂层的相对磁导率和相对介电常数。 当电磁波由空气向涂层垂直入射时,在界面上的反射系数为: Z Z Z Z Γ+-= 以分贝(dB )表示的功率反射率为: R =20lg|Γ|

对多层涂覆,电磁波垂直入射到第n 层时,其输入阻抗为: ()() n n n n n n n n n n d Z d Z Z γηγηηth th 11--++= 其中,()()n n n n n εεμμη''-'''-'= j j 是第n 层的特征阻抗, ()()n n n n n c εεμμω γ''-'''-'=j j j 是第n 层的传播常数,d n 为第n 层的厚度,Z n -1为第n -1层入射面的输入阻抗。 理想导体平面的输入阻抗为0,最外层的输入阻抗可以通过迭代法得出,从而由前述公式得到反射率。 图1 一种基于测量线的波导测量装置 图2 传输线模型 由此可见,无论是单层涂覆还是多层涂覆,测出各层材料的复介电常数εr 和复磁导率μr ,及其余频率的关系是设计隐身涂层的关键。

材料的介电常数和磁导率的测量

无机材料的介电常数及磁导率的测定 一、实验目的 1. 掌握无机材料介电常数及磁导率的测试原理及测试方法。 2. 学会使用Agilent4991A 射频阻抗分析仪的各种功能及操作方法。 3. 分析影响介电常数和磁导率的的因素。 二、实验原理 1.介电性能 介电材料(又称电介质)是一类具有电极化能力的功能材料,它是以正负电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。极化指在外加电场作用下,构成电介质材料的内部微观粒子,如原子,离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离,并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动,从而形成偶极子的过程。极化现象和频率密切相关,在特定的的频率范围主要有四种极化机制:电子极化 (electronic polarization ,1015Hz),离子极化 (ionic polarization ,1012~1013Hz),转向极化 (orientation polarization ,1011~1012Hz)和空间电荷极化 (space charge polarization ,103Hz)。这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化,位移极化是弹性的,不需要消耗时间,也无能量消耗,如电子位移极化和离子位移极化。而松弛极化与质点的热运动密切相关,极化的建立需要消耗一定的时间,也通常伴随有能量的消耗,如电子松弛极化和离子松弛极化。 相对介电常数(ε),简称为介电常数,是表征电介质材料介电性能的最重要的基本参数,它反映了电介质材料在电场作用下的极化程度。ε的数值等于以该材料为介质所作的电容器的电容量与以真空为介质所作的同样形状的电容器的电容量之比值。表达式如下: A Cd C C ?==001εε (1) 式中C 为含有电介质材料的电容器的电容量;C 0为相同情况下真空电容器的电容量;A 为电极极板面积;d 为电极间距离;ε0为真空介电常数,等于8.85×10-12 F/m 。 另外一个表征材料的介电性能的重要参数是介电损耗,一般用损耗角的正切(tanδ)表示。它是指材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应

最新整理电测听检查及听力图分析学习资料

电测听检查及听力图分析 一、电测听仪类型 电测听仪因用途不同大概分为以下五类: (一)纯音电测听仪: 以纯音听阈为主进行听能力测试的仪器。 (二)手动电测听仪: 频率、听力级的改变,结果记录均为人工操作的仪器。 (三)自描电测听仪: 频率、听力级的选用,信号的改变,听力结果曲线的描记是由受试者操作马达开关而自动完成的仪器。 (四)语言电测听仪:以语言为测试材料,以语言可懂度判断听力状况的仪器。 (五)筛选电测听仪:频率较少,通常用于较大范围人群体检筛查的仪器。 二、工作原理和基本结构电测听仪的构成主要取决以下因素: (一)人的听域范围在0 至20000Hz 以内,而满足日常生活的听域范围0 至10000Hz 即足够。通过听力学实践,人们认识到选取1000Hz 为中心的11 个频率作为气导域值测试点,基本能反映人的听力状况。这11 个频率分别是:125、250、500、1000、1500、2000、3000、4000、6000、8000 和10000。(二)声音向内耳传递时,空气传导占主流,颅骨亦有这方面的功能,根据颅骨的结构,人们选取了250、500、1000、2000、4000Hz 五个倍频程频率对骨传导状况进行测试。 (三)为了规避测试较差耳时,因颅骨的传递产生伪听力,需对好耳实施声掩盖,听力学实践证明:越接近测试声频率的掩盖越有效。国际通常的做法是从通过窄带滤波器的白噪声中获得相应的掩盖声。白噪声的特点是:6000Hz 以下能量分布基本均匀,6000Hz 以上能量明显衰减。 (四)充分满足听力测试的声能量是:气导130dB(SPL)、骨导80dB(SPL),而强度的衰减和提升起码要有1dB、5dB 两个阶。 (五)测试信号的显现,要有高质量的开关特性,不同时间间隔的通断控制,不同增量的幅度调制。 鉴于上述要求,目前的电测听仪主要工作原理是:纯音振荡器产生气、骨导所需要的高精度正弦信号,频率误差<±3%,80 年代以后的机器多采用CPU 控制的,由运放、A/D 转换器构成的数控振荡器。幅度调制往往是通过相关电路对该部分电路的控制实现的。由于光耦合开关无触点,最大程度的减少了自身噪音,所以测试信号的引出均采用光耦合开关,满足临床要求的测试对光耦开关的要求是:不小于60dB 的信号通断比,满足10ms<TKG<50ms 的开关特性。时间调制一般是通过相关电路对此开关的控制实现的。功率放大器多采用OTL 电路,其作用为最终的电声器件提供足够的电能量,保障气导130dB(SPL)、骨导80dB(SPL)的最大输出,且谐波失真分别<3%、5%。衰减器作为仪器的末级,即要完成测试信号5dB、1dB 阶的升降(目前大部分仪器该值可自定)又要匹配耳机、骨导器、音箱等负载。传声放大器是语言测听及医患沟通等声信号的前级处理。掩盖功能电路包括:白噪音振荡器、窄带滤波器、功放及衰减器,最终向患者提供以测试信号为中心频率,满足功率要求的白噪声、窄带噪声。 听力计是测定个体对各种频率感受性大小的仪器,通过与正常听觉相比,就可确定被试的听力损失情况。心理学上的听力计通常都是指纯音听力计。使用时,仪器主件自动提供由弱到强的各种频率刺激,自动变换频率,测听时被试戴上封闭隔音的耳机,当听到声音时,即按键,仪器可根据被试反应直接绘出可听度曲线。在医学上经常使用听力计来检查听力和测量听力的损失,听力损失的程度是用低于正常阈限的分贝数来衡量的。听力测定能评定一个人的听觉。因此,它在听力保护工作中是必不可少的仪器。 三、测试方法 纯音听阈测试包括气导听阈及骨导听阈测试两种,一般先测试气导,然后测骨导。检查从lkHz 开始,

电化学基础复习题

选择题满分策略第一篇专题六电化学基础复习 题 1.(2017·全国卷Ⅰ,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( ) A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案 C 解析钢管桩接电源的负极,高硅铸铁接电源的正极,通电后,外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极,从负极流向钢管桩(阴极),A、B正确;C项,题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗,错误。 2.(2017·全国卷Ⅱ,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极

B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式:Al3++3e-===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案 C 解析A项,根据电解原理可知,Al要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,正确;B项,阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,正确;C项,阴极应为氢离子得电子生成氢气,错误;D 项,电解时,阴离子移向阳极,正确。 3.(2017·全国卷Ⅲ,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为16Li+ xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( ) A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e-===3Li2S4 B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 g C.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多 答案 D

大学物理实验-介电常数的测量

大学物理实验-介电常数的测量

介电常数的测定实验报告 数学系 周海明 PB05001015 2006-11-16 实验题目:介电常数的测定 实验目的:了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围,掌握替代法,比较 法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法,用自己设计与制作的介电常数测试仪,测量压电陶瓷的介电常数。 实验原理:介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示,通常采用测量样 品的电容量,经过计算求出r ε,它们满足如下关系:S Cd r 00εεεε== (1)。式中ε为绝对介电常数,0ε为真空介电常数,m F /10 85.812 0-?=ε,S 为样 品的有效面积,d 为样品的厚度,C 为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 一、替代法 替代法参考电路如图1所示,将待测电容C x (图中R x 是待测电容的介电损耗电阻),限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关K 1,调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0,使安培计的读数在毫安范围恒定(并保持仪器最高的有效位数),记录读数I x 。将开关K 2打到B 点,让标准电容箱C s 和交流电阻箱R s 替代C x 调节C s 和R s 值,使I s 接近I x 。多次变换开关K 2的位置(A,B 位),反复调节C s 和R s ,使X S I I =。假定C x 上的介电损耗电阻R x 与标准电容箱的介电损耗电阻R s 相接近(s x R R ≈),则有

s x C C =。 另一种参考电路如图2所示,将标准电容箱C s 调到极小值,双刀双掷开关K 2扳到AA ’,测量C x 上的电压V x 值;再将K 2扳到BB ’,调节C s 让C s 上的电压V S 接近V x 。将开关K 2来回扳到AA ’和BB ’位,不断调节C s 和R s 值,使伏特计上的读数不变,即X S V V =,若s x R R ≈,则有 s x C C =。 二、比较法 当待测的电容量较小时,用替代法测量,标准可变电容箱的有效位数损失太大,可采用比较法。此时电路引入的参量少,测量精度与标准电容箱的精度密切相关,考虑到C s 和R s 均是十进制旋钮调节,故无法真正调到 X S V V =,所以用比较法只能部分修正电压差带来的误 差。比较法的参考电路如图3所示,假定C s 上的R x 与R s 接近(s x R R ≈),则测量C x 和C s 上的电压比V s /V x 即可求得C x :X S s x V V C C /?=。 三、谐振法 谐振法测量电容的原理图见图4,由已知电感L (取1H ),电阻R (取1k Ω)和待测电容C x 组成振荡电路,改变信号 源频率使RLC 回路谐振,伏特计上指示最大,则电容可由下式求出: L f C X 2241 π= (2)。式中f 为频率,L 为已知电感,C x 为待测电容。为减小 误差,这时可采用谐振替代法来解决。 谐振替代法参考电路如图5所示,将电感器的一端与待测电容C x 串联,调节频率f 使电路达到谐振,此时电容上的电压达到极大值,固定频率f 0,用标准电容箱C s 代替C x ,调节C s 使电路达到谐振,电容上的电压再次达到极大值,此时s x C C =。

电化学基础测试题一

第四章《电化学基础》测试题(一) 原子量:Cu-64 Ag-108 N-14 H-1 O-16 一、选择题(每题只有一个正确选项符合题意,每题3分,共9题27分) 1、锌锰干电池在放电时,电池总反应方程式可以表示为: Zn+2MnO 2+2NH 4+ Zn 2++Mn 2O 3+2NH 3+H 2O 此电池放电时,正极上发生反应的物质是( ) A .Zn B .碳棒 C .MnO 2和NH 4+ D .Zn 2+和NH 4+ 2、在铁制品上镀上一定厚度的锌层,以下设计方案正确的是( ) A .锌作阳极,镀件作阴极,溶液含有锌离子 B .铂作阴极,镀件作阳极,溶液含有锌离子 C .铁作阳极,镀件作阴极,溶液含有亚铁离子 D .锌用阴极,镀件作阳极,溶液含有锌离子 3、关于如图所示装置的叙述,正确..的是( ) A .锌是负极,锌片上有气泡产生 B .铜片质量逐渐减少 C .电流从锌片经导线流向铜片 D .氢离子在铜片表面被还原 4、X 、Y 、Z 、M 代表四种金属元素。金属X 和Z 用导线连接放入稀硫酸中时,Z 极上有H 2放出;若电解Y 2+和Z 2+共存的溶液时,Y 先析出;又知M 2+的氧化性强于Y 2+。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( ) A . X>Z>Y>M B . X>Y>Z>M C . M>Z>X>Y D . X>Z>M>Y 5、用石墨为电极材料电解时,下列说法正确的是( ) A .电解NaOH 溶液时,溶液浓度将减小,pH 不变 B .电解H 2SO 4溶液时,溶液浓度将增大,pH 不变 C .电解Na 2SO 4溶液时,溶液浓度将增大,pH 不变 D .电解NaCl 溶液时,溶液浓度将减小,pH 不变 6、银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和放电过程可以表示为: 2Ag+Zn(OH)2 Ag 2O+Zn+H 2O ,在此电池放电时,负极上发生反应的物质是( ) A .Ag B .Zn(OH)2 C .Ag 2O D.Zn 7、下列各变化中属于原电池反应的是( ) A .在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B .镀锌铁表面有划损时,也能阻止铁被氧化 C .红热的铁丝与冷水接触,表面形成蓝黑色保护层 D .浓硝酸比稀硝酸更能氧化金属铜 8、100mL 浓度为2mol/L 的盐酸跟过量的锌片反应,为加快反应速率,又不影响生成氢气的 量,可采用的方法是( ) A . 加入适量的6mol/L 的盐酸 B . 加入数滴氯化铜溶液 C . 加入适量蒸馏水 D . 加入适量的氯化钠溶液 9、在外界提供相同电量的条件,Cu 2+或Ag +分别按Cu 2++2e →Cu 或Ag ++e →Ag 在电极上放电, 充电 放电

大学物理实验介电常数的测量的讲义

固体与液体介电常数的测量 一、实验目的: 运用比较法粗测固体电介质的介电常数,运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率),学习其测量方法及其物理意义,练习示波器的使用。 二、实验原理: 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示,通常采用测量样品的电容量,经过计算求出εr ,它们满足如下关系: S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数,ε0为真空介电常数,m F /1085.8120 -?=ε,S 为样品的有 效面积,d 为样品的厚度,C 为被测样品的电容量,通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 替代法: 替代法的电路图如下图所示。此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时,取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同,此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。

谐振法: 1、交流谐振电路: 在由电容和电感组成的LC 电路中,若给电容器充电,就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。若电路中存在交变信号源,不断地给电路补充能量,使振荡得以持续进行,形成受迫振动,则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。RLC 串联谐振电路如下图所示: 图一:RLC 串联谐振电路 其中电源和电阻两端接双踪示波器。 电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的,但超前于电 容C 两端的电压2π ,落后于电感两端的电压2π ,如图二。 图二:电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图 电路总阻抗:Z = = L V → -R V →

电化学基础测考试试题1

1 / 9 选修4电化学基础单元测试题 第一部分 选择题(共90分) 一、选择题(本题包括10小题,每小题4分,共40分。每小题只有一个选项符合题意) 1.废电池的污染引起人们的广泛重视,废电池中对环境形成污染的主要物质是 A .锌 B .汞 C .石墨 D .二氧化锰 2.镍镉(Ni —Cd )可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行: Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd+2NiO(OH)+2H 2O 由此可知,该电池放电时的负极材料是 A .Cd(OH)2 B .Ni(OH)2 C .Cd D .NiO(OH) 3.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是 A .两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B .甲中铜片是正极,乙中铜片是负极 C .两烧杯中溶液的pH 均增大 D .产生气泡的速度甲比乙慢 4.下列各变化中属于原电池反应的是 A .在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B .镀锌铁表面有划损时,也能阻止铁被氧化 C .红热的铁丝与冷水接触,表面形成蓝黑色保护层 D .浓硝酸比稀硝酸更能氧化金属铜 5.钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是 A. 2H ++2e -=H 2 B. Fe 2++2e - =Fe B. 2H 2O +O 2+4e -=4OH - D. Fe 3++e - =Fe 2+ 6.已知蓄电池在充电时作电解池,放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱,一个接线柱旁标有“+”,另一个接线柱旁标有“—”。关于标有“+”的接线柱,下列说法中正确.. 的是 A .充电时作阳极,放电时作负极 B .充电时作阳极,放电时作正极 C .充电时作阴极,放电时作负极 D .充电时作阴极,放电时作正极 7.pH =a 的某电解质溶液中,插入两支惰性电极通直流电一段时间后,溶液的pH > a ,则 该电解质可能是 充电 放电

电测听检查基础知识

电测听检查基础知识 第一章电测听仪类型、工作原理和基本结构 电测听技术是一种主观测听法。在现代医学中,当人们发生听力障碍时,最初听力障碍程度的评估依据电测听的结果。近百年来电测听仪经历了机械式、电子管式、晶体管式、集成电路式的技术演进,80年代初期微电脑技术应用于电测听仪,使该设备向数字化、智能化、一体化的方向又迈出了一步。同时由于生产工艺的不断更新,电测听仪的传声器件耳机、骨导器的关键指标频率特性也取得长足的进展。 第一节电测听仪类型、工作原理和基本结构 一、电测听仪类型 电测听仪因用途不同大概分为以下五类: (一)纯音电测听仪: 以纯音听阈为主进行听能力测试的仪器。 (二)手动电测听仪: 频率、听力级的改变,结果记录均为人工操作的仪器。 (三)自描电测听仪: 频率、听力级的选用,信号的改变,听力结果曲线的描记是由受试者操作马达开关而自动完成的仪器。 (四)语言电测听仪:以语言为测试材料,以语言可懂度判断听力状况的仪器。 (五)筛选电测听仪:频率较少,通常用于较大范围人群体检筛查的仪器。 二、工作原理和基本结构 电测听仪的构成主要取决以下因素:(一)人的听域范围在0至20000Hz 以内,而满足日常生活的听域范围0至10000Hz即足够。通过听力学实践,人们认识到选取1000Hz为中心的11个频率作为气导域值测试点,基本能反映人的听力状况。这11个频率分别是:125、250、500、1000、1500、2000、3000、4000、6000、8000和10000。(二)声音向内耳传递时,空气传导占主流,颅骨亦有这方面的功能,根据颅骨的结构,人们选取了250、500、1000、2000、4000Hz 五个倍频程频率对骨传导状况进行测试。(三)为了规避测试较差耳时,因颅骨的传递产生伪听力,需对好耳实施声掩盖,听力学实践证明:越接近测试声频率的掩盖越有效。国际通常的做法是从通过窄带滤波器的白噪声中获得相应的掩盖

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