介电常数实验报告
基础实验物理报告
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实验名称
介电常数实验报告姓名班级
学号
一、实验原理
二、实验设备
三、实验内容
四、实验结果
一、实验原理
介电常数是电介质的一个材料特征参数。
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：
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
2r 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
εε
t
S
εεt
D S εt S
ε ε
D-t
S
ε
C
r
r r
r
+=
+
-?=
00000
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 ε
t
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 ε
C
+=
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
1X =
，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
2π
1f =
，或 2
22
2
41f
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：2
01
201f k
C C =
+分，
接入电容C 02，相应的振荡频率为f 02 ，得：2
02
202f k
C C =
+分
实验中保证不变，则有2
01
22
02
20102f k
f k
C C -
=
-
当电极在液体中时，相应的有：2
1
22
2
20102)(f k
f k
C C εr -
=
-
由此可得液体电介质的相对介电常数：2
01
202
2
1
2
21111
f f
f f ε
r
-
-=
此结果不再和分布电容有关，因此该实验方法同样消除了由分布电容引入的系统误差。
1、电桥法测固体介电常数
采用比较法，通过电容电桥测量测微电极（平板电容）无固体电介质和有固体电介质时的电容量之差，来求的固体电介质的介电常数ε 如图给出了固体电介质的介电常数测量示意图
l 是上下电极极间的距离，h 是待测固体样品的厚度，S 是待测样品的面积。适当调节测微电系统上下电极极间的距离l ，测出以空气为介质时的电容C ?，并保持两电极间的距离不变，将待测型样品放入上下电极之间，如图所示，测出有介质时的电容C ?。如图所示可知：
C
由式2.9.8可知，只要保证两次测量过程中状态不变，就可以消除边缘效应和分布电容对测量结果的影响，精确测出C?C?l,h和S，就可以准确地求出待测固体样品的相对介电常数εr
2.液体电介质的介电常数
原理如图，它由LC振荡器，外接电容器，频率计组成。
【实验仪器介绍】
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。
数字式交流电桥：功能选择、频率选择、测量灵敏度及分辨率。
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。 【实验内容】
1． 电桥法测固体介质介电常数
调节平行板电容器间距为5mm 。从电桥上测出电容量C 1。
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C 2。 对C 1、C 2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． 线性回归法计算介电常数0ε和C 分。
平行板电容器在空气中，初始间距为1.100mm ，测出系统的电容量C 1，间距增大0.1mm ，测出电容量C 2，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f 02 ； 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1，测出频率f 1 ，开关置于2，测出频率f 2 ，每个状态的频率测量8次。
实验完毕将电极从容器中取出漓干，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：每个实验过程中，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
实验数据处理结果按有效位数法则保留位数。mm D 000.5=，m F /10
85.812
0-?=ε
d /mm t /mm S/mm 2 C 0/pf C 1/pf C 2/pf
C 串/pf
ε r
1
2 3 平均
2． 线性回归法计算介电常数0ε和C 分数据表格 极板间距D/mm 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 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S A 、斜率标准偏差S B ，由
00S B ε=得到0ε并用不确定度表示其误差：0
0S S S B B ±
=
ε，分布电容：A S A C ±=分。
截距A 斜率B 相关系数r
截距标准偏差S A
斜率标准偏差S B
查相关系数检验表，判定本实验数据的线性相关性。
4． 液体介质介电常数数据表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 平均 εr
f 01/kHz
f 02/kHz
f 1/kHz F 2/kHz
实验数据：
五．数据处理及结论：（如上表所示） 六．实验误差分析：
两个电表期中有一个测量电压较为灵敏，实验时应选择以增加有效数字位数以提高实
验精确度。谐振法测出数据，误差较为接近，这是因为这两种方法都引入了电感器，而替代法与其它三种方法得出结论相差较大，这可能是因为待测电容与标准可变电容相差较大，影响了测量精度。
评阅老师：评语：年月日
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
测量磁导率
一、测量磁导率 一．实验目的：测量介质中的磁导率大小 二．实验器材：DH4512型霍尔效应实验仪和测试仪一套，线圈一副（N匝）万用表一个三．实验步骤 1. 测量并计算磁场强度H ○1测量线圈周长L。 ○2线圈通电，测的线圈中的电流为I0，则总的电流为I M=N ?I0 ○3由磁介质安培环路定理的积分形式可知：∮c H ?dl=I故H ?L= N ?I0，H=（N ?I0）/L. 2.测量并计算磁感应强度B——利用霍尔效应实验 ○1实验原理： 霍尔效应从本质上讲，是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积，从而形成附加的横向电场。如下图1所示，磁场B位于Z的正向，与之垂直的半导体薄片上沿X 正向通以电流Is（称为工作电流），假设载流子为电子（N型半导体材料），它沿着与电流Is相反的X负向运动。由于洛仑兹力f L作用，电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转，并使B侧形成电子积累，而相对的A侧形成正电荷积累。 与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力f E的作用。随着电荷积累的增加，f E增大，当两力大小相等（方向相反）时，f L=－f E，则电子积累便达到动态平衡。这时在A、B两端面之间建立的电场称为霍尔电场E H，相应的电势差称为霍尔电势V H。 设电子按平均速度，向图示的X负方向运动，在磁场B作用下，所受洛仑兹力为： f L=－e B 式中：e 为电子电量，为电子漂移平均速度，B为磁感应强度。 同时，电场作用于电子的力为：f l E
传感器实验报告 (2)
传感器实验报告（二） 自动化1204班蔡华轩 U201113712 吴昊 U201214545 实验七： 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：利用平板电容C=εA/d 和其它结构的关系式通过相应的结 构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而 只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。 三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏 检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤： 1、按图6-4 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图 7-1 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01 与数显表单元Vi 相接(插入主控 箱Vi 孔)，Rw 调节到中间位置。 4、接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm 图（7-1） 五、思考题： 试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构，并叙述一 下在此设计中应考虑哪些因素？ 答：原理：通过湿度对介电常数的影响从而影响电容的大小通过电压表现出来，建立起电压变化与湿度的关系从而起到湿度传感器的作用；结构：与电容传感器的结构答大体相同不同之处在于电容面板的面积应适当增大使测量灵敏度更好；设计时应考虑的因素还应包括测量误差，温度对测量的影响等
六：实验数据处理 由excle处理后得图线可知：系统灵敏度S=58.179 非线性误差δf=21.053/353=6.1% 实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。 它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中 运动时，它就可以进行位移测量。图8-1 霍尔效应原理 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、± 15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图8-2 安装。霍尔传感器与实验模板的连接 按图8-3 进行。1、3 为电源±4Ｖ，2、4 为输出。图8-2 霍尔 传感器安装示意图 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2 使数显表指示为零。
介电常数
液体与固体介电常数的测量 实验目的: 运用比较法粗测固体电介质的介电常数，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。 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 /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1 kHz 时的电容量C 。 比较法： 比较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。 图一：比较法电路图
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 : 图二：RLC 串联谐振电路 其中电源和电阻两端接双踪示波器。 RLC 串联电路中电压矢量如图三所示。 图三：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 →
回路电流：V I Z == 电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωω???- ?=- ? ??? 在以上三个式子中，信号源角频率 2f ωπ=，容抗1 C Z C ω= ，感抗L Z L ω=。?i ＜0，表示电流位相落后于信号源电压位相；?i ＞0，则表示电流位相超前。各参数随ω变化的趋势如右图所示。 ω很小时，电路总阻抗Z → ?i →π/2，电流的位相超前于信号源电压位相，整个电路呈容性。ω很大时，电路总阻抗Z →, ?i →- π/2 ，电流位相滞后于信号源电压位相，整个电路呈感性。当容抗等于感抗时，容抗感抗互相抵消，电路总阻抗Z=R,为最小值，而此时回路电流则成为最大值I max = V i /R ，位相差?i =0，整个电路呈阻性，这个现象即为谐振现象。发生谐振时的频率f 0称为谐振频率，此时的角频率ω0即为谐振角频率，它们之间的关系为： 0002f ωωωπ== == 找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值， 就可以得出C 的大小。
介电常数测试仪的设计与制作实验报告
实验题目: 简易介电常数测试仪的设计与制作 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: 介电体（又称电介质）最基本的物理性质是它的介电性，对介电性的研究不但在电介质材料的应用上具有重要意义，而且也是了解电介质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一，探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义。介电常数（又称电容率）是反映材料特性的重要参量，电介质极化能力越强，其介电常数就越大。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q 表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。 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== 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kHz 1时的电容量C 。 一、替代法 替代法电路图如下所示，将待测电容X C （图中X R 是待测电容的介电损耗电
阻），限流电阻0R (取Ωk 1)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关1K ，调节信号源的频率和电压及限流电阻0R ，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X I 。将开关2K 打到B 点，让标准电容箱S C 和交流电阻箱S R 替代X C ,调节S C 和S R 值，使S I 接近X I 。多次变换开关2K 的位置(A , B 位)，反复调节S C 和S R ，使X S I I =。假定X C 上的介电损耗电阻X R 与标准电容箱的介电损耗电阻S R 相接近（S X R R ≈），则有S X C C =。 二、比较法 比较法的电路图如下所示，假定S C 上的S R 与X R 接近（S X R R ≈），则测量X C 和S C 上的电压比 X S V V 即可求得X C ： X S S X V V C C ?=（此时X V 可以不等于S V ） 三、谐振法
常见物质介电常数汇总知识交流
常见物质介电常数汇 总
精品资料 Sir-20说明书普通材料的介电值和术语集材料介电值速度毫米/纳秒 空气 1 300 水淡81 33 水咸81 33 极地雪 1.4 - 3 194 - 252 极地冰 3 - 3.15 168 温带冰 3.2 167 纯冰 3.2 167 淡水湖冰 4 150 海冰 2.5 - 8 78 - 157 永冻土 1 - 8 106 - 300 沿岸砂干燥10 95 砂干燥 3 - 6 120 - 170 砂湿的25 - 30 55 - 60 粉沙湿的10 95 粘土湿8 - 15 86 - 110 粘土土壤干 3 173 沼泽12 86 农业耕地15 77 畜牧土地13 83 土壤平均16 75 花岗岩 5 - 8 106 - 120 石灰岩7 - 9 100 - 113 白云岩 6.8 - 8 106 - 115 玄武岩湿8 106 泥岩湿7 113 砂岩湿 6 112 煤 4 - 5 134 - 150 石英 4.3 145 混凝土 6 - 8 55 - 112 沥青 3 - 5 134 - 173 聚氯乙烯 pvc 3 173 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
常见物质的相对介电常数值和电磁波传播速度(RIS-K2说明书) 常见介质的相对介电常数—网上搜集
------------------《探地雷达方法与应用》（李大心）
2007第二期勘察科学与技术
电磁波在部分常见介质中的传播参数 （The propagation parameters of the electromagnetic wave in the medium） 地球表面大部分无水的物质(如干燥的土壤和岩石等)的介电常数，实部一般介于1.7-6之间，水的介电常数一般为81，虚部很小，一般可以忽略不计。岩石和土壤的介电常数与其含水量几乎呈线形关系增长，且与水的介电常数特性相同。所以天然材料的电学特性的变化，一般都是由于含水量的变化所致。
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
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
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 15 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： 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 tan δ)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 而引起的能量损耗。 材料的介电常数和介电损耗取决于材料结构和极化机理。 除 此之外，还与工作频率、环境温度、湿度有关。 在交变电场作用下，材料的介电常数常用复介电常数表达： C C 0 1 Cd 0A 1)
介电常数的测定 (4)
介电常数的测定 0419 PB04204051 刘畅畅 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。 数据处理与分析 （一）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： 00r Cd S εεεε= = 式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数，12 08.8510/F m 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 。 （二）实验过程及数据处理 压电陶瓷尺寸： 直径： 0.9524.7840.063D mm v mm == 厚度： 0.950.2720.043H mm v mm == 一．根据所给仪器、元件和用具，采用替代法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 在实验中采用预习报告中的图()a 连接电路，该电路为待测电容Cx 、限流电阻0R 、安培计与信号源组成的简单串联电路。接入Cx ，调节信号源频率和电压及限流电阻0R ，使安培计读数在毫安范围内恒定（并保持仪器最高的有效位数），记下Ix 。再换接入Cs ，调节Cs 与Rs ，使Is 接近Ix 。若Cx 上的介电损耗电阻Rx 与标准电容箱的介电损耗电阻Rs 相接近，即Rx Rs ≈，则Cx Cs =。 测得的数据如下： 输出频率 1.0002~1.0003kHz 输出电压 20V
Ix=1.5860mA Is=1.5872mA Cs=0.0367F R=1000μΩ Is Ix ≈。此时Rx Rs ≈，有Cx Cs ≈。所以Cx = Cs = 0.0367 F μ。 63 212 2 2 30012 00.0367100.272102339.264024.784108.8510 3.1422r Cd CH C N m S D εεεεεπ------???=== = =?????????? ? ? ?? ?? 二．用比较法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 在Rx Rs ≈的条件下，测量Cx 与Cs 上的电压比Vs Vx 即可求得Cx ： Vs Cx Cs Vx =? （Vs 可以不等于Vx ） 测得的数据如下： 输出频率 1.0003~1.0004kHz 输出电压 20V Vx = 3.527V Vs = 3.531V Cs = 0.0367F R = 1000μΩ Rx Rs ≈。Cx 与Cs 上的电压比 3.5270.9988673.531 Vs Vx == 683.527 0.036710 3.6658103.531 Vs Cx Cs F Vx --∴=?=??=? 83 212 2 2 30012 0 3.6658100.272102336.586924.784108.8510 3.1422r Cd CH C N m S D εεεεεπ------???=== = =?????? ???? ? ? ?? ?? 三．用谐振法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 由已知电感L （取1H ），电阻R （取1k Ω）和待测电容Cx 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： 22 14Cx f L π= 式中f 为频率，L 为已知电感，Cx 为待测电容。
常见介电常数
Material物质名* 温度(°C) 介电常数 ABS RESIN, LUMP 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯树脂块2.4-4.1 ABS RESIN, PELLET 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯树脂球1.5-2.5 ACENAPHTHENE 二氢苊21 3.0 ACETAL 聚甲醛21 3.6 ACETAL BROMIDE 溴代乙缩醛二乙醇16.5 ACETAL DOXIME 乙二醛肟20 3.4 ACETALDEHYDE 乙醛5 21.8 ACETAMIDE 乙酰胺20 41 ACETAMIDE 乙酰胺82 59 ACETANILIDE 乙醛22 2.9 ACETIC ACID 乙酸20 6.2 ACETIC ACID 乙酸2 4.1 ACETIC ANHYDRIDE 乙酸酐19 21.0 ACETONE 丙酮25 20.7 ACETONE 丙酮53 17.7 ACETONE 丙酮0 1.0159 ACETONITRILE 乙睛21 37.5 ACETOPHENONE 苯乙酮24 17.3 ACETOXIME 丙酮肟-4 3 ACETYL ACETONE 乙酰丙酮20 23.1 ACETYL BROMIDE 乙酰溴20 16.5 ACETYL CHLORIDE 乙酰氯20 15.8 ACETYLE ACETONE 乙酰丙酮20 25 ACETYLENE 乙炔0 1.0217 ACETYLMETHYL HEXYL KETONE 己基甲酮19 27.9 ACRYLIC RESIN 丙烯酸树脂2.7 - 4.5 ACTEAL 乙醛21.0-3.6 AIR 空气1 AIR (DRY) 空气（干燥）20 1.000536 ALCOHOL, INDUSTRIAL 工业酒精16-31 ALKYD RESIN 醇酸树脂3.5-5 ALLYL ALCOHOL 丙烯醇14 22 ALLYL BROMIDE 溴丙烯19 7.0 ALLYL CHLORIDE 烯丙基氯20 8.2 ALLYL IODIDE 碘丙烯19 6.1 ALLYL ISOTHIOCYANATE 异硫氰酸丙烯酯18 17.2 ALLYL RESIN (CAST) 烯丙基脂（CAST） 3.6 - 4.5 ALUMINA 氧化铝9.3-11.5 ALUMINA 氧化铝4.5 ALUMINA CHINA 氧化铝瓷3.1-3.9 ALUMINUM BROMIDE 溴化铝100 3.4 ALUMINUM FLUORIDE 氟化铝2.2 ALUMINUM HYDROXIDE 氢氧化铝2.2 ALUMINUM OLEATE 油酸铝20 2.4 ALUMINUM PHOSPHATE 硷式磷酸铝-14 ALUMINUM POWDER 铝粉1.6-1.8 AMBER 琥珀2.8-2.9 AMINOALKYD RESIN 酸硬化树脂3.9-4.2 AMMONIA 血氨-59 25 DIELECTRIC CONSTANT REFERENCE GUIDE介电常数参考表Material 物质名* 温度(°C) 介电常数DIELECTRIC CONSTANT REFERENCE GUIDE介电常数参考表AMMONIA 血氨-34 22 AMMONIA 血氨4 18.9 AMMONIA 血氨21 16.5 AMMONIA (GAS? ) 血氨（气体）0 72 AMMONIUM BROMIDE 溴化铵7.2 AMMONIUM CHLORIDE 氯化铵7 AMYL ACETATE 醋酸戊酯20 5 AMYL ALCOHOL 戊醇-118 35.5 AMYL ALCOHOL 戊醇20 15.8 AMYL ALCOHOL 戊醇60 11.2 AMYL BENZOATE 苯甲酸戊酯20 5.1 AMYL BROMIDE 溴化环戊烷10 6.3 AMYL CHLORIDE 戊基氯11 6.6 AMYL ETHER 戊基醚16 3.1 AMYL FORMATE 甲酸戊基19 5.7 AMYL IODIDE 碘化戊基17 6.9 AMYL NITRATE 硝酸戊基17 9.1 AMYL THIOCYANATE 硫氰酸盐戊基20 17.4 AMYLAMINE 戊胺22 4.6 AMYLENE 戊烯21 2 AMYLENE BROMIDE 溴戊烯14 5.6 AMYLENETETRARARBOXYLATE 19 4.4 AMYLMERCAPTAN 戊基硫醇20 4.7 ANILINE 苯胺0 7.8 ANILINE 苯胺20 7.3 ANILINE 苯胺100 5.5 ANILINE FORMALDEHYDE RESIN 苯氨-甲醛树脂3.5 - 3.6 ANILINE RESIN 苯胺树脂3.4-3.8 ANISALDEHYDE 茴香醛20 15.8 ANISALDOXINE 茴香肟63 9.2 ANISOLE 苯甲醚20 4.3 ANITMONY TRICHLORIDE 三氯化锑5.3 ANTIMONY PENTACHLORIDE 五氯化锑20 3.2 ANTIMONY TRIBROMIDE 三溴化锑100 20.9 ANTIMONY TRICHLORIDE 三氯化锑5.3 ANTIMONY TRICHLORIDE 三溴化锑74 33 ANTIMONY TRICODIDE 三碘化锑175 13.9 APATITE 磷灰石7.4 ARGON 氩-227 1.5 ARGON 氩20 1.000513 ARSENIC TRIBROMIDE 三溴化砷37 9 ARSENIC TRICHLORIDE 三氯化砷66 7 ARSENIC TRICHLORIDE 三氯化砷21 12.4 ARSENIC TRIIODIDE 三碘化砷150 7 ARSINE 胂-100 2.5
3.静电实验研究 实验报告
静电实验研究实验报告 【实验目的】 1、掌握静电的特点分析静电演示实验成功的关键。 2、掌握静电学的主要实验的演示方法掌握韦氏起电机和范德格拉夫起电机的构 造及使用方法。 3、加深对静电现象及其原理的理解。 【实验器材】静电计 韦氏起电机、范德格拉夫起电机、验电器、验电羽、金属网、尖形布电器、平行板电容器、枕形导体、球形导体、起点盘及静电除尘装置、绝缘体等。 【仪器介绍】一、验电器 验电器是用来检验物质是否带电的仪器。验 电器的结构如图1所示 验电器的工作原理是当带电物质接触金属球 时就会有很少的带电粒子传到验电器上面金属箔 就会张开。验电器金属箔张开的角度和物质带电 量的大小成正比。 利用验电器判断物质所带电量正负的方法很简单先将一个物体与球接触再将另一个物体与 球接触张角变大表明两物体带同种电荷张角变小或张角先变小后变大表明两物体带异号电荷。 二、静电计 将验电器装上刻度盘与金属底座就构成了一个静电计静电计的示意图如右图 静电计可以测量
带点物质的电势。将带点物质连接到小球上显示的就是对于地面的电势。将两个物体分别接于金属球和底座测得的就是两物体的电势差。 三、 起电机 1、 韦氏起电机韦氏起电机是实验室常用的起电 机示意图如下 图 1 验电器示意图 图 2 静电计 图 3 韦氏起电机示意图
韦氏起电机是利用静电感应原理制作的它靠莱顿瓶积累电荷。当积累的电荷达到一定的数量两个金属球就会放电。 2、范德格拉夫起电机 图4 范德格拉夫起电机 范德格拉夫起电机是利用橡胶皮带将负电荷从内部不断的运送到电极上使电机所带的电荷越来越多电势也越来越高。理论上对地电位可以达到无穷大。 【实验内容】 实验一演示感应起电 1、摩擦起电 两种物质相互摩擦电子在力的作用下会从一个物体转移到另一个物体两个物体就会带异号电荷。 丝绸摩擦玻璃棒带正电。毛皮摩擦橡胶棒带负电。 带电玻璃棒接触验电器验电器有张角。带电橡胶棒接触验电器张角闭合。 可见两个带异号电荷。 2、感应起电 将带电物体靠近导体由于同性相斥异性相吸导体靠近带点物质的部分会带异号电荷远离的部分带同种电荷。 将带电玻璃棒靠近验电器验电器有张角可见感应起电。将一个接地的导线接触验电器验电器的张角闭合。将导线离开验电器玻璃棒也远离验电器验电器又有张角表明验电器带电。接地的导线使验电器上与玻璃棒同号的电荷传到地上验电器上就只有与玻璃棒异号的电荷。这时拿带电橡胶棒接触验电器验电器张角闭合。
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 →
常见物质介电常数汇总
Sir-20说明书普通材料的介电值和术语集 1
常见物质的相对介电常数值和电磁波传播速度(RIS-K2说明书)
------------------《探地雷达方法与应用》（李大心）
2007第二期勘察科学与技术
电磁波在部分常见介质中的传播参数 （The propagation parameters of the electromagnetic wave in the medium） 地球表面大部分无水的物质(如干燥的土壤和岩石等)的介电常数，实部一般介于1.7-6之间，水的介电常数一般为81，虚部很小，一般可以忽略不计。岩石和土壤的介电常数与其含水量几乎呈线形关系增长，且与水的介电常数特性相同。所以天然材料的电学特性的变化，一般都是由于含水量的变化所致。对于岩石和土壤含水量和介电常数的关系国内外进行了详细研究(P.Hoekstra, 1974; J.E.Hipp,1 974;J .L.Davis,1 976;G A.Poe,1 971;J .R.Wang,1 977;E .G.巧okue tal ,1 977)。在实验室内大量测量了不同粒度的土壤一水混合物介电常数，考虑到束缚水和游离水，提出了经验土壤介电常数混合模型(J.R.Wang, 1985)。实验室内用开路探头技术和自由空间天线技术测量干燥岩石的介电常数(F.TUlaby, 1990)。国内肖金凯等人(1984, 1988)测量了大量的岩石和土壤的介电常数，王湘云、郭华东(1999)研究了三大岩类中所含的矿物对其介电常数的影响。研究表明，土壤中
含水量的变化影响介电常数的实部，水溶液中含盐量的变化影响土壤的导电性，即介电常数的虚部。水与某些铁锰化合物具有高的介电常数，绝大多数矿物的介电常数较低，约为4--12个相对单位，由于主要造岩矿物与水的相对介电常数存在较大差异，所以，具有较大孔隙度岩石的介电常数主要取决于它的含水量，泥岩由于含有大量的弱束缚水，所以其相对介电常数可高达50--60,岩石含泥质较多时，它们的介电常数与泥质含量有明显的关系，很多火成岩的孔隙度只有千分之几，其相对介电常数主要取决于造岩矿物，一般变化范围为6--12，水的介电常数与其矿化度的关系较弱，与此相应，岩石孔隙中所含水的矿化度同样对其介电常数不应有大的影响，水的矿化度的增大只导致岩石介电常数的少许增加。 表1 常见介质的电性参数值 媒质电导率 / （S/m） 介电常 数（相对 值） 电磁波速度/ （m/ns） 空气0 1 0.3 水10-4～3х10-281 0.033 花岗岩（干）10-8 5 0.15 灰岩（干）10-97 0.11 灰岩（湿） 2.5х10-28～10 0.11～0.095 粘土（湿）10-1～1 8～12 0.11～0.087 混凝土10-9～10-86～15 0.12～0.077 钢筋∞∞
真空电容率与磁导率的改变
真空电容率与磁导率的改变 从麦克斯韦方程组，可以推论出光波是电磁波。根据麦克斯韦方程，我们推出 【1】。所以我们得出真空中光速不变的结论。后来我们把这个理解为光速绝对不变，即光速不变原理。磁导率与电容率一般是不变的，那么真空磁导率与电容率真的不变吗？【5】 一，电磁波的能量大小由坡印廷矢量决定，即S=E×H,其中s为坡印廷矢量，E为电场强度，H为磁场强度。E、H、S彼此垂直构成右手螺旋关系；即由S代表单位时间流过与之垂直的单位面积的电磁能，单位是W/m²。 【2】 二，1905年，年轻的爱因斯坦发展了普朗克的量子说。他认为，电磁辐射在本质上就是一份一份不连续的，无论是在原子发射和吸收它们的时候，还是在传播过程中都是这样。其能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv。【3】 一中S=E×H表示的是单位时间流过垂直面的单位面积的电磁能；二中E=hv表示的是一份电磁波的能量，或者说是一定时间的电磁波的总能量。那么二中E=hv与S=E×H有什么关系？如果S=E=hv,表示什么意思？其中E与H分别表示一段电磁波的平均电场强度与磁场强度。当S=E，得E×H= hv= 1/μE ?B。由此我们得出，如果电磁波的频率发生变化，那么电磁波的平均电场强度与平均磁感应强度发生变化。电磁波频率变大，那么电磁波的平均电场强度与平均磁感应强度变大；反之，电磁波频率变小，那么电磁波的平均电场强度与平均磁感应强度变小。 如果光源运动或观察者运动，那么对光有什么影响？运动可以使观察者的接受频率发生变化。根据上得，光源或观察者的运动可以使电磁波的平均电场强度与平均磁感应强度发生变化。即，使光的电场强度发生变化，使光的磁感应强度发生变化。 那么光源或观察者的运动使光的电场强度发生变化，根据D=εE，得出E =D/ε.光源不变，可认为D不变，所以得出这样的结论：电场强度发生变化是因为电容率发生变化。 而电容率一般是不变的，所以光源或观察者的运动相当于使介质或真空的电容率发生变化。同理，光源或观察者的运动使光的磁感应强度发生变化，根据B=μH，光源不变，可认为H不变，所以得出这样的结论：磁感应强度发生变化是因为磁导率发生变化。而磁导率一般是不变的，所以光源或观察者的运动相当于使介质或真空的磁导率发生变化。 所以得出结论，光源或观察者的运动，相当于使介质或真空的磁导率与电容率发生变化。就是说如果根据光源或观察者的运动，那么对于观察者来说，根据，得出光 速发生变化。在真空中，如果观察者与光源发生相对运动，光速就会发生变化。 通常我们得出的真空中光速不变的结论，指的是光源与观察者相静止的情况。 另，在不同的介质中光速可能不同，根据公式E=hv得，光的能量不发生变化；根据B=μ H，D=εE得，E与B发生变化，根据S=1/μ E ?B，得出能量发生变化。所以不同的介质对应不同的h值。h值与介质的电容率有关和介质的磁导率有关。在前面的文章，我
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 =。