大学物理实验-介电常数的测量
全国大学生物理竞赛题目
全国大学生物理竞赛题目第一部分：基础题目
1、α-胶原蛋白和β-胶原蛋白的区别是什么？
2、物理量是什么？
3、光谱新郎是一种什么现象？
4、请介绍物质的性质？
5、位移矢量在物理中有什么用？
6、量子效应和统计力学中的粒子之间的作用是什么？
7、量子力学的Schrodinger波方程式的意义是什么？
8、什么是动能守恒定律？
9、细胞内的化学反应如何解释？
10、多尔斯玻尔定律的原理是什么？
第二部分：实验题目
1、如何证实光的干涉现象？
2、杨氏模量的实验是怎么做的？
3、如何证实电位场线的平行性？
4、如何实验证明量子级数定律？
5、介电常数如何测定？
6、电势差的测量方法是什么？
7、请描述如何测量某种重力场的强度？
8、如何测量电磁辐射的强度？
9、多尔斯玻尔定律的实验过程如何？
10、如何测量某种尘埃粒子的物理性质？。
聚合物介电常数和介电损耗的测定
聚合物介电常数和介电损耗的测定
聚合物的介电常数和介电损耗是材料的重要电学性质，对于电子器件和电气设备的设计和性能具有重要影响。
测定聚合物的介电常数和介电损耗可以通过以下几种方法：
1. 干涉法，利用干涉仪测量材料的折射率，结合材料的几何尺寸和光的波长，可以计算出介电常数。
2. 阻抗分析法，通过在不同频率下施加交变电场，测量材料的电容和电导率，从而计算出介电常数和介电损耗。
3. 微波法，利用微波在材料中的传播特性，通过测量材料对微波的吸收和衰减来确定介电常数和介电损耗。
4. 标准电容法，利用已知介电常数的标准电容和待测材料的电容值，可以计算出待测材料的介电常数。
5. 介质损耗测试，通过在不同频率下施加交变电场，测量材料的介质损耗，从而确定介电损耗。
需要注意的是，测定介电常数和介电损耗时要考虑温度、湿度、频率等因素对测量结果的影响，并且选择合适的测量方法和仪器以
确保测量的准确性和可靠性。
同时，针对不同类型的聚合物材料可
能需要采用不同的测量方法，以获得更精确的结果。
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：DSC 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12r 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：DSC 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 εεtS εεt D S εt Sε εD-t S εC 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 εtC εr --⋅=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。
大学物理实验 介电常数的测量.doc
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：SCd r 00εεεε==（1）。
式中ε为绝对介电常数，0ε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 。
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。
大学物理实验(二)_华东师范大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
大学物理实验（二）_华东师范大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.声速测量实验中，声波波长的测量采用（）参考答案:共振干涉法和相位比较法2.当惠斯通电桥平衡时，检流计会偏转。
参考答案:错误3.自耦电压器的电压调节可以快。
参考答案:错误4.热敏电阻的电阻值与温度的关系是【图片】。
参考答案:错误5.在光电效应中逸出的电子称为光电子，显示出光的波动性。
参考答案:错误6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。
当其中一振偏片慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 ( )参考答案:光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零7.用螺旋测微计测量一个小球的直径值，得到d=0.1498cm。
参考答案:正确8.实验中增加测量次数是为了减小数据结果的系统误差。
参考答案:错误9.验中影响测量数据准确性的原因主要是偶然误差。
参考答案:错误10.光电流随加速电压的增加而增加，加速电压增加到一定量值后，光电流达到饱和。
参考答案:正确11.当光的频率【图片】时，无论光强多强都不会产生光电效应。
参考答案:正确12.在0℃时，用20℃时刻制的铁质米尺测量长度所产生的误差属于系统误差。
参考答案:正确13.在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n，厚度为d的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了 ( )参考答案:2 ( n-1 ) d14.迈克尔逊干涉仪是用分振幅的方法获得双光束干涉的仪器。
干涉仪光程差的改变可以由移动一个反射镜（或在一光路中加入另一种介质）得到。
参考答案:正确15.当多项数据进行乘除时，得到数据结果的有效位数取决于小数点后最少位数的那一项。
参考答案:错误16.记录实验数据时，错把单位毫米记成厘米所产生的误差属于偶然误差。
参考答案:错误17.电压表未通电时，指针未指示在零刻度线所产生的误差属于偶然误差。
参考答案:错误18.某螺旋测微计的分度值为0.01mm，测量某小球的直径为1.5281×10-2m。
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：SCdr 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 →-RV →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 ωωϕ⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭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。
2、谐振法测量电容谐振法测量电容的原理图见上图一，由已知电感L ，电阻R 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，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，电阻上电压最大,则电容可由下式求出：L f C X 2241π=式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
介电常数测试原理
介电常数测试原理
介电常数（Dielectric constant）是一个描述物质电介质特性的
物理量。
它表示了一种介质相对于真空（或其他参考介质）的电容性能。
在测试介电常数的实验中，首先需要制备一个被测物质的样品，这个样品可以是固体、液体或气体，具体的形式根据被测物质的性质而定。
接下来，需要使用一个电容器，这个电容器一般由两个平行的金属板组成，中间夹着被测介质样品。
两个金属板的距离可以根据实际需要进行调节。
在实验中，首先将电容器接入一个电源，使其形成一个电路。
然后，通过测量电容器中的电压和电容器上施加的电压之间的关系，就可以得到被测介质的介电常数。
具体而言，可以使用一个电容-电压测试仪或者其他电测设备来进行测量。
测量的原理是，介质中的电场会导致介质中的电子和离子移动，从而引起电极上的极化现象。
极化过程会在电极上产生一个额外的电荷，这个电荷与电极上施加的电势有关。
通过测量电容器的电压和施加在电容器上的电压，可以推导出被测介质的介电常数。
需要注意的是，在实际测量过程中，还需要考虑到被测介质的温度、湿度和压力等因素对介电常数的影响。
因此，在测量时，还需要保持一定的环境条件，并进行相应的修正计算，以获得准确的介电常数值。
总之，介电常数测试是通过测量电容器中电压和施加电压之间的关系，得到被测介质的介电常数的一种方法。
这种测试方法广泛应用于材料科学、电子工程等领域，为相关领域的研究提供了重要的实验数据。
偶极矩测定实验中介电常数的锁定测量法
准 最 精 确 ， 设 备 复 杂 ， 作 麻 烦 电桥 法 较 为 常 见 ， 度 稍 低 ， 操 作 上 也 有 一 定 难 度 但 操 精 且 因 此 ， 们 设 计 了 一 种 采用 锁 定 测 量 介 电常 数 的 方 法 ， 践 中取 得 了 良好 的效 果 。 由此 设 我 实 计 的仪 器 体 积 小 ， 量 轻 ， 量 精 确 ， 作 更 为 简 便 。 重 测 操
图 ２ 前 置 电』 电流转 换 电 路 ，
ｃ ２分 别 是 内外 极 板 的 对 地 分 布 电容 ， 也
冀 一
无法 测量 。
包 括 测 量 回路 的 引 线 对 地 的 分 布 电 容 ， 数 值 往往 大 与被 测 电容 Ｃ 。 因 此 ， 采 用 对 双 端 Ｅ测 量 将 引 人 分 布 电 容 ｃ 如 ｌ １和 ｃ１影 响 而 １２ 电压 电 流 转 换 ． 为 了消 除 分 布 电 容 影 响 ， 锁 定 放 大 器 的 输 入 前 置 采 用 电压 电 流 转 在
的影 响 。
１３ 锁 定 相 位 放 大 ．
除 了分 布 电 容 会 引 人 测 量 误 差 必 须 予 以 考 虑 以外 ， 测 溶 液 漏 电 和 被
内 外 极 板 间 漏 电 影 响 必 须 被 排 除 。漏 电 影 响 可 以 等 效 为 一 个 并 联 在 被 测 电 容 上 的 电 阻 分 量 。 虽 然 等 效 为 电 阻 ， 它 是 个 随 机 可
１ ．测 量 原 理
１ １ 电 容池
溶 液法 测 量 介 电 常 数 时 采用 电 容 池 测 量 ． 测 量 用 电 容 池 如 图 １所 示 。 电 其
电介质实验报告
124.2
3
0.664
1.506
112.0
4
0.740
1.351
100.6
5
0.828
1.208
91.2
6
0.890
1.124
85.6
表 2 平行板电容器的电容量 C 与间距 d 关系
对上面的数据进行拟合：
图 3 C ~ 1/ d 线性拟合
拟合形式： C k 1 b d
K=(7.20+0.74)×10-14， b = (0.0773 ±1.03) ´10-11
1) 介质板厚度的多次测量
序号
1
2
3
d / mm
1.550
1.554
1.552
表 3 多次测量介质板厚度
可得平均值 d=1.552mm
4 1.552
5 1.550
5
(d d)2
uA d
i 1
5(5 1)
0.002mm ， uB2
d
0.004 0.002mm 3
u d 0.003mm
容量。 2) 测量平板电容器的尺寸，计算真空电容量，并与 2 中的结果作比较。实验中采
用多次测量，介质板厚度取多次测量平均值。 3) 计算介质的相对介电常数。
4. 利用面积不同的介质板，研究平板电容器的电容量与介质面积 S 的关系。测量时应 尽
可能把介质板放置在极板中心。 1) 选取厚度相同直径不同的介电板，用游标卡尺测量直径 R，计算面积 S； 2) 分别将介电板放置在电容器两极板之间，用万能电桥测量对应的电容器所对应
成。在 a、b 两端加上电压后，一般情况下，c、d 两点间有电位差，因此 在指示器中便有电流流过。
介电常数的测量
实验七 介电常数的测量ε和损耗角tgδ的温度和频率特性，可以获取物质内部 测量物质在交变电场中介电常数r结构的重要信息。
DP—5型介电谱仪内置带有锁相环(PLL)的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的锁定放大测量电路，具有弱信号检测和网络分析的功能。
对填充介质的平行板电容器的激励信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量，检测介电频率谱和温度谱。
作为大学物理实验的内容，具有测量精度高、方法新颖、知识性和实用性强等特点。
[目的要求]ε和损耗角tgδ的温度和频率特性。
1．学习用介电谱仪测量物质在交变电场中介电常数r2．了解带有锁相环(PLL)的正弦频率合成信号源和锁定放大测量电路的原理和结构。
3．掌握对信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量的方法。
[实验原理]图1测量原理图原理如图1所示.置于平板电极之间的样品，在正弦型信号的激励下，等效于电阻R和电容C的并联网络。
其中电阻R是用来模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损失。
若极板的面积为A，间距为d，则：R=d/Aσ， C=εA／d， tgδ=1／ωRC=σ／ωε式中ε=εoεr，εo为真空介电常量，σ为与介电极化机制有关的交流电导率。
设网络的复阻抗为Z，其实部为Z’，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)，通过样品的电流由运放ICl转化为电压Vz：(样品信号)，用V’s，V″s和V″z分别表示其实部和虚部，则有：Vz＝RnVs／Z， σ=K(V’sV’z+V″sV″z)， ωε=K(V’sV″z-V″sV’z)tgδ=(V’sV’z+V″sV″z)/ (V’sV″z-V″sV’z)式中K=d／ARn(V’sV’s+V″sV″s)。
电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和π／2移相器IC3实现分离后测量。
IC2的作用是将被测正弦信号Vz(或Vs)与同频率的相关参考方波Vr相乘。
本系统测量时通过移相微调电路使Vr和vs同相位，即Vs的虚部V″s=O，测量公式简化为：σ=K’V’z， ωε=K’V″z, tgδ=V’z/V″z式中K’＝d／(ARnV’s)．图中K指向1时测量V’s，指向2时测量V’z和V″z。
介电常数
极板面积S0由极板直径 d0=52.50mm 求得。 式中Sa、 Sb/S0是不确定度，不确定度表示的方法参见《物理实验》 §1.2.3和§1.2.4。
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【数据记录及处理】
3、频率法测液体电介质的介电常数
将测出的频率记录在表中，分别计算出每组频率的介电常 数εr及平均值 r ，由《物理实验》1.1-9式计算εr的算术平 均值标准偏差 S x ，最终结果以此式 r r S x 表示，有 效位数的保留参见《物理实验》§1.2.3 。
C分1 C分2
C边1 C边 2
C串 C2 C1 C0
C串 t ε0 S C串 (D t)
苏州大学物理实验教学中心
固体电介质介电常数：
εr
电磁学实验
【实验原理】
2、用回归计算法测空气介电常数和分布电容：
空气介电常数近似为真空介电常数0 ，在平行板电容 器中：S0为极板面积，D为极板间距，则系统电容量为：
D/mm 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900
C/pF
用最小二乘法《物理实验》P30、P31进行线性回归：令 x = 1/D， y = C ，求下表中各参数。 相关系数检验：查表1.5-3(取a=0.01)对计算结果 r 进行检验并给出 检验结论。 表中 C分 = a〒Sa（pF）
放置在玻璃容器内。两个电容 器的电容量一个大一个小，经 开关连接到接线柱上，可由开 关K 选择两个电容器中的一个。
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【仪器和用具】
5、十进频率 计 频率计是测量交变
固体介电常数测量
固体介电常数测量
固体介电常数的测量有多种方法，以下是其中几种：
1.电容法：利用平行板电容器的原理，通过测量介质中的电容值和真空中的电容值，
可以计算出介电常数。
这种方法简单易行，适用于常见的固体和液体介质。
2.微波法：利用微波在介质中传播的速度和波长与介电常数的关系，可以测量介电常
数。
这种方法可以用于测量高频介质的介电常数，如聚合物材料和生物组织。
3.频率法：利用介电常数随频率变化的规律，通过测量不同频率下的介电常数，可以
得到介电常数与频率的函数关系。
这种方法适用于介质中有极性分子的情况，如水和酒精。
4.阻抗法：利用介质中的电阻和电感与介电常数的关系，通过测量不同频率下的电阻
和电感，可以计算出介电常数。
这种方法适用于介质中有电导率的情况，如金属和电解质溶液。
以上是固体介电常数的测量方法，具体使用哪种方法取决于实验条件和要求。
测定介质的介电常数与磁导率
［ 摘
４２ ０ ） ４ ７ ０
要 ］ 绍 了一 个测 定介 质 的介 电 常数 与磁 导 率 的 实验 方 法 和 实验 装 置 ， 基 于 此 装 置进 行 了实 际 测 介 并
量 ， 论 和 实 际相 符 的 较 好 ． 理
［ 键词］ 关 电介 质 ； 电 常 数 ； 导 率 介 磁 ［ 图分类号］ ４ １５ 中 ０ ４ ． ［ 献标识码］ 文 Ａ ［ 文章 编 号 ］０ ８ ６ ７ （０ ７ Ｏ一 ｏ３ — Ｏ １ ０ － ０ ２ ２０ ）３ Ｏ Ｏ ３
电 介 质 的介 电常 数 与 磁 导 率 对 在 其 中 传 输 的 电 磁 波 有 着 很 大 的影 响 ， 大学 物 理 实 验 仅 有 通 过 交 流 电 桥 等 实 在
ｌ １ 买 验 原 理 －
测 量 方 法 采 用 Ｒ 串联 电路 ， 图 １所 示 ， 信 号 源 、 Ｃ 如 由 电容器和电阻 Ｒ组 成 的 电路 回路为 初级 绕组 。 数为 １ 匝 匝 ； 形 变 压 器 作 为次 级 绕 组 。 数 为 Ｎ， 环形 变 压 器 包 环 匝 当 绕 着 电 容 器 时 （ 图 １位 置 ） 表 示 位 移 电 流 通 过 变 压 器 ， 如 ， 当变 压 器 离 开 电 容 器 ， 绕 着 导 线 时 ， 示 传 导 电 流 通 过 包 表 变 压 器 ， 过 测 定 位 移 电流 与 传 导 电流 分别 在环 形 变 压 器 通
Ｈ ｒ
Ｈ 一
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ｊＨｒ 生 Ｊ等 ｆ ｄ一 ｆ
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１ 实 验 方 法
ｋ
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如 果 位 移 电流 ｉ 通 过 变压 器 铁 心 ， 在 铁 心 中产 生 的 磁场强度 Ｈ 为 ： 一 Ｈ ，
介电常数常用测量方法综述
介电常数常用测量方法综述来源：互联网摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。
本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。
首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况；最后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。
关键词：介电常数；国家标准；常用方法1. 引言介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。
电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。
目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。
在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。
例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。
在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。
由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。
此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。
并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。
上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。
典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。
在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。
胶膜 介电常数 测标准试
胶膜介电常数测标准试
胶膜的介电常数测试是评估其电性能的重要手段。
在标准测试条件下，这一参数能够反映胶膜的电学性质，对于理解其在各种应用场景中的表现具有重要意义。
在进行介电常数测试时，首先需要确保测试环境的稳定性和一致性。
这包括温度、湿度、空气成分等环境因素的严格控制。
这是因为这些因素可能对胶膜的介电性能产生影响，进而影响测试结果的准确性。
其次，选择合适的测试方法也是关键。
通常，我们会使用平行板电容法或传输线法来测量胶膜的介电常数。
这些方法各有优缺点，需要根据具体情况进行选择。
同时，为了保证测试结果的准确性，还需要对测试设备进行定期校准和维护。
在测试过程中，需要严格按照标准操作流程进行。
这包括样品的准备、测试环境的设置、数据的记录和处理等。
任何环节的失误都可能影响测试结果的准确性，因此需要格外注意。
最后，对于测试结果的分析和解读也是非常重要的。
通过对比不同胶膜的介电常数，我们可以了解它们在电学性能上的差异，进而指导材料的选择和应用。
同时，也可以通过测试结果对生产工艺进行优化，提高产品质量。
综上所述，胶膜的介电常数测试是一项复杂而重要的工作。
只有严格遵守标准操作流程，才能获得准确可靠的测试结果，为胶膜的应用和发展提供有力支持。
电介质介电常数及其测量
电介质介电常数及其测量
侯舜华
【期刊名称】《中原工学院学报》
【年(卷),期】2003(014)0z1
【摘要】分析了电介质极化时各宏观量之间的关系,电介质的相对介电常数εr的测量及其随交变电场频率变化的关系.
【总页数】2页(P115-116)
【作者】侯舜华
【作者单位】上海海运学院,基础部,上海,200135
【正文语种】中文
【中图分类】O484.8
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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：SCd r 00εεεε==（1）。
式中ε为绝对介电常数，0ε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 。
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：Lf C X 2241π=（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 =。
四、电桥法电桥的种类很多，主要有臂比电桥、臂乘电桥、变压器比臂电桥、差动电桥等，本实验主要用前三种方法测量介电常数。
实验内容：1. 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。
2. 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。
3. 用谐振法和谐振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。
注：谐振替代法，每个直接测量量各测6次，并做误差分析（计算结果的合成不确定度）。
实验仪器：信号源一台，多用表一块，电容箱一个，交流电阻箱一个，压电陶瓷一个，电感器一个，导线若干，黄铜片二片，泡沫塑料一块。
实验步骤： 一、替代法1. 按图1先连接好电路，注意实验室不给开关、S R 和X R 。
置Ω=k R 102. 先把X C 接入电路中，调节信号源频率、电压，使电流表读数稳定，并记下其值X I3. 再把S C 代替X C 接入电路中，调节S C ，使电流表示数S I 与X I 相等，记录SC 值 二、比较法1. 按图3连接电路2. 用万用电表测量X C 和S C 上的电压值X V 和S V ，并记录电容箱的电容值S C 三、谐振法1. 按图4连接好电路，置电感H L 1=，电阻Ω=k R 12. 调节信号源的频率，使电压表示数达最大，此时回路谐振，记录此时的频率f四、谐振替代法1. 按图5连接电路，先接入X C ，调节信号源频率，使电压表示数达最大2. 固定频率不变，用S C 代替X C 接入电路，调节S C ，使电压表示数再次达到最大，记录此时的S C 值3. 重复以上步骤5次，得到6组S C 值 注意事项：1. 压电陶瓷片易碎，安装固定时要特别小心。
2. 线路清晰，避免相邻裸露的线头或金属接线片短路。
连接导线应短一些并尽量保证电路对称，减少分布电容和杂散电容的影响。
改接电路时必须先断电源。
3. 实验之前要先对信号源预热10～15分钟。
4. 多用表测量电流、电压和电阻时，功能旋钮必须放在对应功能档和合适的量程，表笔也应该插入合适的插孔，切勿用电阻档测量交流电压或电流。
实验数据：1. 替代法 mA I X 375.1=，F C S μ0312.0=2. 比较法 F C S μ0432.0=，V V S 000.3=，V V X 173.4=3. 谐振法 Hz f 29.864=4. 谐振替代法：数据处理： 一、 替代法测得F C S μ0312.0=，则F C C S X μ0312.0== 由204d Chr πεε⋅=可得，0532.065.2402.02194.001.02=⋅+=+=d h U U U r ε 而m F m F d Chr /10058.2/)1065.24(41085.810194.0100312.04323123620⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----ππεε所以m F U r r /10109.03⨯=⋅εεm F r /10)109.0058.2(3⨯±=ε 95.0=P 二、 比较法测得 F C S μ0432.0=，V V S 000.3=，V V X 173.4=F V V C C XSS X μ0311.0=⋅=又m F m F d Chr /10774.2/)1065.24(41085.810194.0100311.04323123620⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----ππεε所以m F U r r /10148.03⨯=⋅εεm F r /10)148.0774.2(3⨯±=ε 95.0=P 三、 谐振法测得Hz f 29.864=，可得F L f C X μππ0346.0129.864414122222=⨯⨯==代入m F m F d Chr /10589.1/)1065.24(41085.810194.0100346.04323123620⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----ππεε所以m F U r r /10085.03⨯=⋅εεm F r /10)085.0589.1(3⨯±=ε 95.0=P 四、 谐振替代法F CC i SiS μ0336.0661==∑= 代入m F m F d Chr /10599.1/)1065.24(41085.810194.0100336.04323123620⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=----ππεεA 类不确定度：000313.01)(12=--=∑=n C Cni S siA σ000128.0==nU AA σ95.0=P ,6=n 得57.2=p tF F U t A p μμ4410290.31028.157.2--⨯=⨯⨯=⋅ B 类不确定度：由不确定度传递公式：mF U d ch U d c U d h B /10082.0)1002.0())1065.24(100194.0100348.08()1001.0())1065.24(100348.04(1085.81)8()4(132323336232236122232220⨯=⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⋅⨯⨯⨯⨯⋅⨯=⋅+⋅⋅=--------ππππε所以mF U U t d h U BA p r /10083.082)10290.3)1065.24(1085.810194.04()4(32210231232220⨯=+⨯⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+⋅⋅⋅=----ππεε m F r /10)083.0599.1(3⨯±=ε 95.0=P 实验小结：1．替代法若实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用此种方法设计一个简易的电容测试仪来测电容，且测量精度只取决于标准可变电容箱（器）读数的精度。
该种方法具有较高的测量精度。
2．比较法当待测的电容量较小时，用替代法；当标准可变电容箱的有效位数损失太大，采用比较法。
此种方法电路中引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关，考虑到S C 和S R 均为十进制旋钮调节，所以无法真正调到X S V V =，因此用比较法只能部分修正电压带来的误差。
3．谐振法当实验室无专门测量电容的仪器时可以采用谐振法。
当待测电容X C 较小时，线圈和引线的分布电容、伏特计的输入电容等都对测量法有影响，且信号源的频率的波动和读数精度都将对测量结果有很大的影响，若不采取措施将导致计算的电容产生很大误差。
4．谐振替代法当谐振法中待测电容C越小则谐振法测量误差越大，此时应采用谐振替代X法。
此方法特点是电路简单，测量方便，测量精度与电感L和信号源频率f的测量精度无关，只取决于标准电容箱C的精度。
在保证线路状态不变的情况下，可S消除分布电容和杂散电容的影响。