电介质相对介电常数的测量
介电常数的测量
University of Science and Technology of China96 Jinzhai Road, Hefei Anhui 230026,The People ’s Republic of China固体与液体介电常数的测量(以及液体中光速的计算)一、实验目的:(1) 运用比较法粗测固体电介质的介电常数; (2) 运用比较法法测量固体的介电常数;(3) 谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率); (4) 学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用，(并由此推算出光在不同液体中的传播速度。
)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 。
比较法：比较法的电路图如右图图一所示。
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。
实际测量时，我们用双踪示波器观察信号变化情况，调节电容箱和电阻箱的输出大小,使两路信号相位相同，并且12X V V =，此时标准电容箱的输出电容值即为待测电容的电容大小。
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。
RL 串联谐振电路如下图图二所示其中电源和电阻两端接双踪示波器。
电阻R、电容C 和电感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，如图三所示。
电路总阻抗：Z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。
固体液体电介质相对介电常数的测定优秀课件
实验仪器
SDK型介电常数测试仪，固体介质测微电极电容系统， 液体介质测试电极电容系统，频率计
交流电桥，游标卡尺，被测液体介质，被测固体介质
实验内容
1.电桥法测固体电介质的相对介电常数
（1）用游标卡尺和测微电极电容系统上的螺旋测微器， 依次测出样品的直径R和厚度t
（2）连接好线路，调节测量电极上、下极板间的间距， 使间距约为样品厚度的1.3倍。用测微电极电容系统上 的螺旋测微计测出间距D的大小
待测样品
图4-11-1 测微电极电容系统
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
C1= C0 + C边1 + C分
1 C2= C串 + C边2 + C
分2 C边1= C边2 、C分1= C分2 C0=ε0 S / D
C串= C2－C1+ C0
C 串 D 0 0 S St rrt0 0S S1rr(D 0St)
固体液体电介质相对介电常数 的测定优秀课件
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和方法 。 2.学会减小系统误差的实验方法 。
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
一组平行板电极组成的电容器
测微器
r
C2 C1
上电极
物理实验中测量电容量， 较常用的方法是用交流电桥来测量 下电极
Dt t
r
C串t
0SC串Dt
实验原理
二、用频率法测定液体电介质的介电常数
介电常数测试仪内部的电感L和被测试电容C构成LC振荡回路
f1, 2L C
即 C 4 2 1 L f 2 k f 2 2
其 中 k 2 4 1 2 L
物理实验技术中的电介质性能测量方法与技巧
物理实验技术中的电介质性能测量方法与技巧电介质是电子学和电力系统中不可或缺的一部分。
电介质的性能测量是衡量其质量和可靠性的重要手段。
本文将介绍电介质性能测量的一些常用方法与技巧。
一、介电常数的测量方法与技巧介电常数是电介质性能的重要参数之一。
可通过多种方法测量。
其中，频率法是最常用的方法之一。
该方法通过改变测试信号的频率，测量电介质对电磁场的响应，确定介电常数。
测量时应注意以下技巧：1.1 利用阻抗测量方法，在不同的频率下测量电容与电阻值。
根据电容与电阻值的变化规律，可得到电介质的介电常数。
1.2 注意测试环境的稳定性，控制温度和湿度的影响。
温度和湿度的变化会影响电介质的性能，因此应在相对恒定的环境中进行测量。
1.3 使用合适的测量装置，如网络分析仪或LCR仪。
这些仪器能够提供准确的频率和阻抗测量结果。
二、介质损耗角正切的测量方法与技巧介质损耗角正切是衡量电介质功率损耗的重要指标。
常用的测量方法有如下几种：2.1 电桥法是一种常见的测量方法。
通过比较正弦波电桥的平衡与不平衡情况，可得到介质的耗散功率和相位差。
在实验中应注意调节电桥平衡，保持稳定的测量信号。
2.2 利用微小信号测量法，测量介电损耗角正切。
通过施加微小幅度的正弦信号，测量被测介质的电流响应，进而得到介质的损耗角正切。
在实验过程中应关注信号的幅度和频率选择，以避免测量误差。
2.3 进行频率扫描测量。
通过改变信号频率，观察介质损耗角正切与频率的关系，以确定其频率响应特性。
三、电介质的击穿强度测量方法与技巧击穿强度是电介质耐电能力的重要指标。
以下是常用的测量方法和技巧：3.1 空气间隙法是一种常见的测量方法。
通过在两个金属电极之间形成空气间隙，施加逐渐增加的电压，测量电介质的击穿电压。
在实验中应避免电极和电介质的不均匀性，以确保测量的准确性。
3.2 液体浸入法也是一种常用的方法。
这种方法适用于液体介质的击穿强度测量。
实验时应注意液体介质的温度、纯度和浸润性对测量结果的影响。
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试
电介质材料的介电常数及损耗角正切测试介电常数和损耗角正切是描述电介质材料特性的重要参数，在电子工程和材料科学领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电介质材料的介电常数和损耗角正切的测试方法和意义。
一、什么是电介质材料的介电常数？电介质材料的介电常数是描述材料对电场的响应能力的物理量，它反映了电介质材料内部存在的电偶极矩的强弱程度。
电偶极矩是电介质材料中正负电荷之间的分离产生的电荷生成的电场，介电常数越大，表示电介质材料对电场的响应能力越强。
二、电介质材料的介电常数测试方法1. 平板电容法平板电容法是一种常用的测量电介质材料介电常数的方法。
这种方法主要通过在电介质材料上施加电压，然后测量材料上产生的电容值，从而计算出介电常数。
2. 微波共振法微波共振法是用于测量电介质材料的介电常数的另一种常用方法。
该方法利用微波的特性，在不同频率下测量材料的反射和透射系数，从而得到材料的介电常数。
三、电介质材料的损耗角正切损耗角正切是描述电介质材料中电能转化为热损耗的能力的物理量。
损耗角正切越大，表示材料对电能的损耗越大。
电介质材料的损耗角正切与介电常数密切相关，通常情况下，介电常数与损耗角正切成反比。
四、电介质材料的损耗角正切测试方法1. 谐振法谐振法是一种测量电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在材料上施加一定频率和振幅的交流电压，然后测量电压和电流的相位差，通过计算相位差的正切值得到损耗角正切。
2. 微波漏耗法微波漏耗法是另一种测试电介质材料损耗角正切的方法。
该方法通过在微波频率下测量材料的功率损耗，在已知电场强度下计算损耗角正切。
五、电介质材料的介电常数和损耗角正切的意义电介质材料的介电常数和损耗角正切是评价材料电性能的重要指标，对电子器件和电力设备的设计和性能分析具有重要的意义。
介电常数的大小直接影响电容器的容量和电压的分配。
在电子器件中，合适的介电常数可以减小电容器体积，提高装置的性能和可靠性。
损耗角正切是评估材料对电能损耗的能力，它与电介质材料的内部结构和分子极性密切相关。
电介质材料的介电性能测试
电介质材料的介电性能测试电介质材料在电子器件和电力系统中具有重要的应用，其介电性能是评价材料质量和可靠性的重要指标。
介电性能测试是通过一系列测试方法和仪器来评估电介质材料在电场作用下的性能，包括介电常数、介质损耗、绝缘电阻等参数。
本文将简要介绍电介质材料的介电性能测试方法及其应用。
一、介电性能测试方法1. 介电常数测试介电常数是描述电介质材料在电场作用下储存和传输电能能力的重要参数。
常用的测试方法有：（1）并行板法：该方法通过测量电容器的电容值来计算电介质材料的介电常数。
具体步骤是将待测介质固定在两块平行金属板之间，然后测量电容器的电容值。
（2）回波法：该方法基于微波信号在电介质中传播的速度，通过测量信号的传输时间来计算介电常数。
测试时需要利用衰减器和定频放大器等设备，以确保测试结果的准确性。
2. 介质损耗测试介质损耗是指电介质材料在电场作用下吸收和转化电能为热能的能力。
常用的测试方法有：（1）三角法：该方法通过测量电介质材料在高频电场下的导体损耗和介质损耗之比来计算介质损耗的值。
具体步骤是将待测介质固定在电容器之间, 通过改变电容器的频率来测量两种损耗的值。
（2）传输线法：该方法利用特制的传输线测量电介质材料在特定频率下的损耗。
测试时需使用网络分析仪等仪器，通过测量信号的功率损耗来计算介质损耗的值。
3. 绝缘电阻测试绝缘电阻是指电介质材料在电场作用下抵抗漏电流流动的能力。
常用的测试方法有：（1）绝缘电阻表法：该方法通过将待测电介质样品与电极相连，用绝缘电阻表测量电介质材料的绝缘电阻值。
测试需在规定的电压和温度条件下进行。
（2）恒压法：该方法通过给待测电介质样品施加较高的电压来测量绝缘电阻值。
测试时需使用电压源和电流表等设备，以实现电介质样品上常态电流的测量。
二、介电性能测试的应用1. 电子器件领域介电性能测试在电子器件领域中具有重要应用。
例如，在电容器的制造过程中，通过测试介质材料的介电常数和介质损耗，可以评估电容器的质量和性能稳定性。
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。
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数（dielectric constant，k）是指介电介质中电场强度和电势的比值，它是一个重要的参数，对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法：一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪：电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度，从而得到介电常数，但它有一定的精度限制，如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪：这是一种测量介电介质介电常数的仪器，它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数，其精度高达10-3。
3、介质折射率仪：它可以测量介质折射率，从而确定介电介质的介电常数，但是其精度也不太高，一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪：它通过测量驻波比来求出介质的介电常数，它具有很高的精度，可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验：通过一定的电压打在一个电容器上，求电容器的容量，从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验：通过在介电介质中放置一个阻抗元件，再用频谱分析仪测量频率，从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验：通过在介质中放置一个电场强度传感器，在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验：通过在介质中设置一个多普勒实验装置，通过控制电源来测量多普勒效应，从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验：通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析：通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数，但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验：通过量子力学实验来测量介质的介电常数，但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样，确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法，以准确测量介电介质的介电常数。
物理实验技术中的电介质材料性质测量方法
物理实验技术中的电介质材料性质测量方法在物理实验中，电介质材料性质的测量是非常重要的。
电介质材料是一类常见的材料，具有绝缘性能，在电路中起到隔离和储能的作用。
为了研究电介质材料的特性和性能，科研人员需要进行各种电介质材料性质的测量。
接下来，我们将介绍几种常见的电介质材料性质测量方法。
第一种测量方法是介电强度的测定。
介电强度是电介质材料能够承受的电场强度的最大值。
为了测量介电强度，一种常见的方法是使用高电压发生器和电介质材料之间建立一个带有电极的测试装置。
通过改变电极间距和施加不同的电压，可以逐渐增加电场强度，直到电介质发生击穿，记录击穿的电压和电场强度。
这样可以确定电介质的介电强度。
第二种测量方法是介电常数的测定。
介电常数是描述电介质材料相对于真空而言的电场响应能力的物理量。
测量介电常数的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用电容测量法。
通过在电容器中放入电介质材料，测量出不同电介质材料的电容值，然后再测量空气或真空中的电容值，两者之比即为电介质材料的相对介电常数。
第三种测量方法是介质损耗角正切的测定。
介质损耗角正切是指在交流电场下，电介质材料吸收和耗散电能的能力。
为了测量介质损耗角正切，可以使用交流电桥或示波器等设备，测量电介质材料中电场的相位差以及振幅，通过计算得到介质损耗角正切的值。
第四种测量方法是漏电流的测定。
漏电流是指电介质材料在电场作用下出现的微小电流。
漏电流的测定可以通过数显电压电流表或电阻电流计等设备进行。
首先，将电介质材料放在电极之间，施加电场，然后测量到的电流即为漏电流。
通过测量和比较不同电介质材料的漏电流值，可以了解电介质材料的绝缘性能。
除了以上几种常见的电介质材料性质测量方法外，还有一些其他方法，如电介质材料的电阻率测定、极化现象的测定等。
这些方法不仅可以帮助我们了解电介质材料的特性和性能，而且在实际应用中也有广泛的用途。
例如，了解电介质材料的介电强度可以帮助我们设计和选择合适的绝缘材料以确保电路的安全性；了解电介质材料的介电常数可以帮助我们设计和优化电容器的性能等。
相对介电常数的测量
实验内容 注意事项 数据处理
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和方法 。 2.学会减小系统误差的实验方法 。
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
实验内容
2.频率法测液体电介质的相对介电常数
（1）连接好线路 （2）电容选择开关置于1，电极以空气为介质， 用频率计测出振荡频率f01 ；电容选择开关置于2， 电极以空气为介质，用频率计测出振荡频率f02 （3）把待测液体介质倒入容器中。电容选择开关置于1， 用频率计测出振荡频率f1 ；电容选择开关置于2， 用频率计测出振荡频率f2
【预习思考题】 预习思考题】
（1）交流电桥是由哪些元件和仪器构成? （2）交流电桥是怎样测出待测电容的电容 量的?
制作：黄 勇
武汉理工大学物理实验中心
测微器
一组平行板电极组成的电容器
ε = C C
2 1
r
上电极
物理实验中测量电容量， 较常用的方法是用交流电桥来测量
下电极
待测样品
图4-11-1 测微电极电容系统
实验原理
一、用电桥法测量固体电介质相对介电常数
C1= C0 + C边1 + C分 1 C2= C串 + C边2 + C 分2 C边1= C边2 、C分1= C分2 C0=ε0 S / D C串= C2－C1+ C0
ε rε 0 S t = C串 = D − t ε 0 S ε rε 0 S 1 + ε r ( D − t ) + D −t t ε0S
×
测定电介质材料的介电常数
55mm、60mm，分别求出待测液体电介质的相对介电常数，求出平均值。
【注意事项】 1. 测定固体介质时，固体介质必须保持干净，两极板也同样保持干净。 2. 测定固体介质时，上下极板相距小于 5mm。 3. 实验测量时，周围环境保持相对静止，传感器要尽可能远离实验者，传感器连接线 放置尽可能保持一致。 4. 测量液体时，要小心，不要把液体溢出。
7.
将所测量的值代入相关公式，即可准确地求得 ε
。
r
二、气体介质的介电常数测量 实验步骤自拟。
三、液体介质的介电常数测量 1. 将液体介质的测试传感器的输出端接入 DW-220 智能介电常数测量仪的测量输入端。 2. 没有注入被测液体前，测量出其频率 f1 。 3. 注入被测液体至 5mm 处，测量出其频率 f2 。 4. 由实验室给出 R、r，将测量相关数据代入公式（13），即可求出待测液体电介质的相
(4)
式中， C0
=
ε0S d
, Cb
为介质板以外边缘电极间电容量，C f
是测量系统的分布容量， C串
是有介质板时与对应空气电容串联后的等值电容量，即
得到：
C串 =
ε0S ⋅ εrε0S d −t t ε0S + εrε0S
= εrε0S t + ε r (d − t)
(5)
d −t t
εr
=
ε0S
得ε0 及Cf .
四、液体电介质的介电常数测量实验 液体电介质在外电场的作用下会产生极化现象，通常可用相对介电常数 εr 来表征电
介质材料的属性.一般地对于各向同性均匀电介质， εr 是一个没有单位的纯数. 对于液 体 εr 的测量也可使用液体测试传感器和 DW-220 智能介电常数测量仪来测定.
介电常数的测量
介电常数的测量介电常数是衡量物质对电场的响应程度的物理量，它描述了物质中电荷分布发生变化时，电场强度的变化程度。
介电常数的测量是研究电介质性质的重要手段之一。
本文将介绍介电常数的测量方法、原理和应用。
一、介电常数的测量方法1. 平行板电容法：平行板电容法是最常用的测量介电常数的方法之一。
它通过测量电容器中电容的变化来确定介电常数。
具体步骤是：首先将待测介质填充在电容器的两个平行金属板之间，然后将电容器连接到电源，施加电压使电容器充电，测量电容器的电容值。
接着将待测介质更换为真空，再次测量电容值。
由于真空的介电常数为1，通过比较两次测量结果，即可得到待测介质的介电常数。
2. 微波谐振法：微波谐振法适用于介电常数较高的样品测量。
它利用谐振腔中的电磁波传播特性来测量介电常数。
谐振腔是一个封闭的金属腔体，内部有一个微波源和一个探测器。
首先将待测样品放入谐振腔中，调节微波源的频率使得谐振腔中的电磁波与样品发生共振。
然后测量共振频率和带宽，通过计算可以得到样品的介电常数。
3. 椭圆偏振法：椭圆偏振法适用于测量透明介质的介电常数。
它通过测量透射光的偏振状态来确定介电常数。
实验装置由光源、偏振片、样品和偏振分析器组成。
首先将光源发出的光通过偏振片偏振，然后透过待测样品，最后通过偏振分析器测量透射光的偏振状态。
根据透射光的偏振状态的变化，可以求得样品的介电常数。
介电常数是指电介质中电场强度和电位移的比值。
在测量过程中，通过施加电场或电磁波，观察电介质的响应，从而得到介电常数。
不同的测量方法利用了不同的原理，但核心思想都是基于电场对电荷分布的影响。
三、介电常数的应用1. 电子器件设计：介电常数是电子器件中常用材料的重要参数之一。
通过测量介电常数，可以选择合适的介质材料，优化电子器件的性能和稳定性。
2. 电力系统：介电常数的测量在电力系统中也有重要应用。
电力系统中的绝缘材料，如电缆、绝缘子等，其介电常数的准确测量对于确保电力系统的安全运行至关重要。
电介质介电常数的测量
大学物理实验教案【实验名称】电介质介电常数的测量【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】——讲解（15分钟） 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：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。
电介质介电常数的测量实验报告
电介质介电常数的测量实验报告实验目的：1.熟悉电介质介电常数的概念和测量原理。
2.学习如何使用LCR仪器测量电介质介电常数。
实验原理：电介质介电常数是指电介质中电场强度和极化强度之比的物理量，即\varepsilon = \frac{D}{E}式中，\varepsilon为电介质的介电常数，单位为F/m；D为电介质中的电位移也称电通量密度，单位为C/m²；E为电场强度，单位为V/m。
电介质的极化常见有电子极化、离子极化、取向极化和空穴极化等。
电介质中极化强度P与电场强度E之间的关系，可以用它们之间的线性关系来描述，即P=\varepsilon_0\chi E式中，\varepsilon_0为真空介电常数，\chi为电极化率，E为电场强度，P为电介质极化强度。
当电介质的电极化率\chi和真空介电常数\varepsilon_0均已知时，可以根据电场强度E和电介质中的电位移D之间的关系，求出电介质的介电常数\varepsilon，即\varepsilon = \varepsilon_0(1+\chi)由此可见，测量电介质介电常数，需要先测量出电介质的电极化率\chi，然后计算得到电介质的介电常数\varepsilon。
实验步骤：1.打开LCR仪器，并连接好它的电源和信号线。
2.将试样电容器放在托盘上，注意将电极板旋转到最小值。
3.按下LCR测量仪器上的“Measurement”按钮，进入测量模式。
4.选择“Cp”模式，再选择合适的频率范围，然后按下“START”按钮，开始测量试样电容器的电容值。
5.记录下试样电容器的电容值以及测量时的频率。
6.如有需要，可以依次测量空气电容器和标准电容器的电容值。
空气电容器用于校正LCR仪器的测量误差，标准电容器则用于校正陶瓷电容器的测量误差。
7.根据式子C=\frac{A\varepsilon S}{d}式中，C为电容值，A为电极板面积，S为电介质的厚度，d为电介质板间距。
介电常数测量原理
介电常数测量原理
介电常数测量是指测量材料的介电常数，也称为相对介电常数或电容率。
介电常数是材料对电场的响应能力的度量，反映了材料中电场的传播速度和能量储存能力的大小。
一种常用的测量介电常数的方法是使用介电恒压法。
该方法基于平行板电容器的原理，利用电容器的电场分布和存储电荷的能力来确定介电常数。
在实验中，首先将待测材料作为绝缘板插入平行板电容器中。
然后，通过连接电源，施加恒定的电压使电容器充电至一定电势差。
接下来，测量电容器的电荷量和电场强度，从而计算出材料的介电常数。
该方法的原理是电场在电介质中的形成。
当电场作用于电介质时，电介质内的电荷会重新分布，形成电介质的极化。
电介质的极化导致了电容器的电场分布发生变化，从而影响了电容器的电容量和储能能力。
通过测量电容器的电荷量和电场强度，可以确定电介质的介电常数。
需要注意的是，在进行介电常数测量时应控制其他因素的影响，例如温度、湿度等。
另外，不同频率下的电场对材料的极化方式也会不同，因此在测量时需要选择合适的频率。
通过介电常数的测量，可以对材料的电学性质进行评估和比较。
此外，介电常数在电磁场分析、电路设计和电磁波传播等领域中也具有重要的应用价值。
利用电动力学仪器测量电介质介电常数的方法与实验技巧
利用电动力学仪器测量电介质介电常数的方法与实验技巧电介质的介电常数是描述电介质性质的重要参数，测量电介质的介电常数对于研究和应用电介质具有重要意义。
本文将介绍利用电动力学仪器测量电介质介电常数的方法与实验技巧。
1. 介电常数的概念介电常数是电介质在电场中的响应能力的度量，表征了电场中电极之间电荷的积聚与储存能力。
介电常数越大，电介质对电场的响应能力越强，储存电荷的能力越大。
2. 实验安装为了测量电介质的介电常数，我们需要准备一套合适的实验安装。
实验安装主要包括高精度电源、电容器、电压表、电流表和电阻器等。
其中，电容器是核心设备，用于测量电介质在不同电场下的电容。
3. 实验步骤（1）实验前准备：将电容器仔细清洁，确保表面无污物和水汽。
准备好所需的电源、电压表、电流表等设备，并进行校准。
（2）装配电路：将电容器与电源、电压表、电流表等连接起来，组成一个封闭的电路。
确保电路连接良好，无松动。
（3）施加电压：根据实际需要，调节电源输出电压，使其施加在电容器上。
注意在调节电压时，要尽量避免电压过大，以防止电介质击穿。
（4）测量电流：在电容器中施加电压后，通过电流表测量电容器中的电流。
记录电流数值，并进行多次测量取平均值，以提高测量的准确性。
（5）测量电容：根据测得的电流数值，利用电容公式C=I/U，计算出电容的数值。
其中，C表示电容，I表示电流，U表示电压。
（6）计算介电常数：电容器中的电介质采用固体、液体或气体等不同材料时，其介电常数是不同的。
根据电容器的结构和电介质材料的特性，可以通过计算来得到电介质的介电常数。
计算公式为：介电常数=电容/真空中的电容。
4. 实验技巧（1）仪器注意事项：实验过程中要严格按照仪器的使用说明操作，特别是在调节电压时，要小心操作，以免对仪器和电介质造成损害。
（2）采样环境：在测量过程中，要注意采样环境的温度和湿度，确保实验环境稳定。
因为环境条件的变化会对电介质的性能产生一定影响。
相对介电常数测量方法
相对介电常数测量方法
相对介电常数（也称为介电常数）是一个材料的物理性质，用来描述该材料在存在电场时与真空中的电介质间的相互作用强度。
测量相对介电常数的方法可以有以下几种：
1. 电容法：利用电容器的原理，测量带不同材料填充的电容器的电容，然后根据电容的变化计算相对介电常数。
2. 干涉法：测量由于材料的介电性质引起的光的相位差变化，通过干涉现象计算相对介电常数。
3. 固体样品法：将待测材料制成块状或薄膜状，在特定频率下测量材料的阻抗或电容等电学参数，然后根据材料和空气的电学参数计算相对介电常数。
4. 分析方法：利用晶体衍射、中子衍射等方法，通过材料的结晶结构和晶格常数等参数计算相对介电常数。
这些方法在不同条件下适用于不同类型的材料和频率范围。
选择合适的测量方法需要考虑材料的性质和测量要求。
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电介质相对介电常数的测量
姓名：专业：物理学学号：
组：周一下午实验日期：2011-11-14评阅人：
一．引言
相对介电常数，表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，该值也是材料储电能力的表征，因此也称为相对电容率。
通过本实验学习和加深介电常数的概念，并要求利用交流电桥研究平行板电容器的特性，以及测量平板介质的相对介电常数εr。
二．实验原理
电介质是一种不导电的绝缘介质，在电场的作用下会产生极化现象，从而在均匀介质表面感应出束缚电荷，这样就减弱了外电场的作用。
在充电的真空平行板电容器中，若金属极板自由电荷密度分别为+σ0和σ0，极板面积为S，两内表面间距离为d，而且d≫d2，则电容器内部所产生的电场为均匀电场，电容量为：
C=ε0S
（1）
d
当电容器中充满了极化率为c的均匀电介质后，束缚电荷（面密度为±S）所产生的附加电场与原电场方向相反，故合成电场强度E较E0为小，可以证明：
C=εr C0（2）
显然，由于极板上掂量不变，若两极板的电位差下降，故电容量增大。
式（2）中，εr成为电介质的相对介电常数，是一个无纲量的量，对于不同的电介质，εr值不同。
因此，它是一个描写介质特性的物理量。
若分别测量电容器在填充介质前、后的电容量，即可根据式（2）推算该介质的相对介电常数。
三．实验设计与实验过程
<一>实验装置
QS18A型万能电桥（编号：217）、QJ2002型供电器、0—125mm游标卡尺（最小刻度为
0.02mm）、
0—25mm螺旋测微仪（最小分度0.01mm）、小垫片、卷尺、导线等。
<二>实验内容
1.熟悉万能电桥的使用方法；
①将待测原件接入被测旋钮，将损耗倍率开关放在D×0.01，损耗平衡盘放在1左右，
并选择适当的量程。
②逐步增大灵敏度，使电表指针略小于满刻度。
③将读数开关置于零，调节读数盘，使电表指针趋于零，从而粗测出待测原件的大小。
然后将量程开关盒读数开关放在合适位置，调节读数盘，使电表指针趋零；再增大灵敏度，反复调节读数盘，直至灵敏度尽可能高且电表指针达最小，然后读数。
2.研究平行板电容器的电容C与极板间距d的关系；
①在极板间假如不同厚度的小垫片，改变极板间距，测量不同d所对应电容量C
②对C—1/d作线性分析，其截距即为实验装置的分布电容C0
3.任选一块介质板，测量该介质的相对介电常数
①用万能电桥测量充满介质时的电容C1
②测量平板电容器尺寸，计算真空电容C2‘
③计算介质的相对介电常数εr
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；
5.研究圆柱形电容器电容量C与圆柱高度的关系
①测量不同长度l的通州电缆线的电容量C；
②对C—l作线性分析
四．实验结果
1.测量电容C与极板间距d的关系
供电电压U=9.01V
对C—1/d作线性分析可得下图：
+18.97
经直线拟合得方程为：C=58.67×1
d
其线性相关系数r=0.998151非常接近1，可见线性拟合还是很准确。
方程截距为18.97pF，因此实验装置的分布电容C0=18.97pF
2. 选择黄色介质板，并测定相对介电常数
实验测得电极板直径D 1=98.20mm ，
介质板直径D 2=99.82mm ，略大于极板直径，厚度d =1.573mm 。
计算真空电容
C 2
，=ε0S =ε0π× D 22 2
=8.854×10−12
×π× 49.1×10−3 2
−3
F
=4.26×10−11F
实验所得插入黄色介质板后电容为：C 1=183pF 由公式（2）可得：
εr =C 1−C 0C 2,
=(183F −18.97F )×10−12
4.26×10−11F
=3.85 因此，测得黄色介质板相对介电常数为：εr =3.85
3. 研究平行板电容器电容量与介质面积S 的关系
电极板直径D 1=98.20mm
在两极板之间放上黄色介质板，在下极板上画一条直径，沿该直径移动上极板和介质板，并保持上极板和介质板相对位置不变，测量当上极板与介质板移动距离为x 时电容器的电容量C 。
可推导出两极板所叠加的面积S 的计算公式为：
S =2R 2∙arccos
x
−x ∙ R 2−x 2/4 具体数据为：
线性拟合可得电容C与介质面积S的关系图像为：
4.研究圆柱形电容器电容C与圆柱高度l的关系。
线性拟合l与C的关系图像为：
五．分析讨论
1.在第一个实验测量电容C与极板间距d的关系时，采用的是垫小垫片来增大极板间
距，小垫片和极板的大小相比之下有很大的差距，因此在垫小垫片时可能会发生上
极板的不水平，导致两极板各处的间距不均匀，容易产生误差。
因此，建议在垫小
垫片，尽量将多个小垫片叠加整齐且放置于下极板中间，并且保持上极板的水平。
另外，关于小垫片对电容大小的影响，小垫片的垫入势必会增大电容器的电容，因
此选取较小的垫片也是有一定道理的。
但最好的解决方案是使用一种特殊装置，固
定下极板的位置，然后调节上极板的高度，并可以直接读出上极板上升的高度，这
样就可以消除小垫片带来的误差了。
2.第二个实验测量黄色介质的相对介电常数时，用螺旋测微仪测量极板的厚度，只选
取了其中一点来测量，个人觉得这样是不准确的，这样测得的数据只能代表局部，因此，个人建议选取极板上多个不同的点，取其平均值作为极板的厚度，用此值来
计算更加准确。
3. 关于研究平板电容器电容量与介质面积S 的关系，采用的方法为：在下极板上划一
条直径，沿着直径移动上极板和黄色介质板，记录移动的距离x ，在这里需要注意的是，应当保持上极板与介质板的相对位置的不变，以及移动时应当只沿下极板的直径方向，不能偏离，并使用游标卡尺测量移动距离。
4. 关于圆柱形电容器长度的测量，由于圆柱形电容器的形状弯曲，在用卷尺测量其长
度时应当尽量将其扯直。
由于该实验的误差较大，因此只能大致的体现出圆柱形电容器的电容大小与圆柱高度l 呈线性关系。
六．结论
通过本实验的测量，①在电容器两极板正对面积不改变的条件下，电容量C 的大小与两极板的间距d 的关系呈线性关系，且测得的具体线性方程为：C =58.67×1
d +18.97，
该方程的截距即为电容器的分布电容，且C 0=18.97pF 。
②本人选取一块厚度为1.573mm 的黄色介质板，计算电容器在真空条件下间距为介质板厚度时的电容大小为：C 2，
=4.26×10−11F ，测量插入介质板时的电容大小为：C 1=183pF ，因此计算黄色介质板的相对介电常数为：εr =3.85。
③在保持电容器两极板间距不变条件下，电容C 的大小与极板相对面积S 呈线性关系，且正对面积越大，电容也越大。
④通过测量不同长度的同轴圆柱形电容器的电容大小，可以知道，圆柱形电容器的电容大小与圆柱高度呈线性关系，且高度越大，电容量也越大。
⑤本实验三个部分实验数据都是通过线性拟合，线性相关系数都非常接近1，可以说明线性拟合还是比较准确的。