固体液体电介质相对介电常数的测定优秀课件
液体与固体介电常数的测量以及液体中光速的计算
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：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==LV→-RV→回路电流：V I Z==电流与信号源电压之间的位相差：1arctan iL C R ωωϕ⎛⎫-⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭在以上三个式子中，信号源角频率2f ωπ=，容抗1C Z Cω=，感抗L Z L ω=。
ϕi ＜0，表示电流位相落后于信号源电压位相；ϕi ＞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→ϕi →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, ϕi →- π/2 ，电流位相滞后于信号源电压位相，整个电路呈感性。
电介质及其介电特性电导ppt课件
绝缘(常压)
导体(极高压力)
电介质理论及其应用
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概述——共性问题
p 电子(空穴)载流子是通过热激发、光激发、电极注 入等方式产生。从能带理论来看，电介质的禁带宽度较 大，常温下热激发载流子很少，在光照或强场电极注入 的情况下才有明显的电子电导。
p 弱电场作用下，固体和液体电介质中的载流子主要是 离子，离子的来源可能是组成介质的分子离解或是杂质 的离解，前者为本征离子后者为杂质离子。
p 参与介质导电的载流子并非介质中的全部离子，而是 与主体结构联系较弱或易于迁移的部分活化离子。这些 活化离子的产生和在电场作用下的定向迁移都与质点的 热运动有关，所以也有“热离子电导”之称。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电介质理论及其应用
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离子晶体的离子电导
2.离子晶体的离子电导
口 离子晶体是正负离子以离子键相结合，并有周期性。 口 离子晶体中绝大部分离子都处于晶格点阵的格点上作热
1- 电工瓷 2-高频瓷 3-超高频瓷 4-刚玉瓷
电介质理论及其应用
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液体介质的离子电导 (1)离子的来源
非离子性介质的离子电导
➢根据液体介质中的离子来源，液体介质离子电导可分为本 征离子电导和杂质离子电导。
➢本征离子电导是介质本身的基本分子热离解而产生的离子 所形成，在强极性液体介质中(如有机酸、醇、酯类等) 才明显存在。
弗兰凯尔(Frenkel)缺陷：
p 离子晶体中如含有半径较小的离 子，由于热激发这些离子有可能从晶 格点位置跃迁到点阵间形成填隙离子， 同时在点阵上产生一个空位。这种填 隙离子和离子空位，同时成对产生的 缺陷。
电介质理论及其应用
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离子晶体的离子电导
肖特基(Shottky)缺陷：
固体电介质的介电常数
● ○--钠离子极化前后的位置 ▲ △--氯离子极化前后的位置
2、所需时间很短（约10－12~10－13s)，
几乎与外电场频率无关。
3、随温度的升高极化程度增强， 原因：介质体积膨胀， 离子间距增大，相互作用力减弱。
(三)偶极子式极化
极性电介质（胶木、橡胶等）：分子中正、负电荷作用中心 永 不重合，具有固有的电矩，为一电偶极子。
电泳电导：存在于液体介质，载流子为带电的分子团，通常是 乳化状态的胶体粒子（如绝缘油中的悬浮胶粒）或 细小水珠，吸附电荷后变成了带电粒子。
一、液体电介质的电导
中性（弱极性）液体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低
极性液体：本征离子电导、杂质粒子电导、电泳电导，电导 率较高。
二、固体电介质的电导 中性（弱极性）固体：杂质离子电导、电泳电导，电导率较低 极性液体：本征离子电导、杂质粒子电导、电泳电导，电导 率较高。
与温度的关系：温度低， εr较小；温度提高， εr增大；温 度过高，分子热运动加剧，对偶极子的转向有阻滞作用， εr 随温度的提高减小。
图2-4 极性液体电介质的 εr与频率关系
图2-5 极性液体、固体电介质的 εr与频率关系
三、固体电介质的介电常数 • 中性和弱极性固体: 仅存在电子式和偶极子式极化，εr值 较小，，其值随频率及温度变化较小。
离子式极化:存在于（离子式结构）固体无机化合物中。 无外电场时：晶体的正、负离子对称
排列，各个离子对的偶 极矩互相抵消，故平均 极矩为零。介质呈中性。 有外电场时：正、负离子将发生方向相
反的偏移，使平均偶极矩
不再为零，介质呈现电性。 图2-2 氯化钠晶体的离子式极化
特点：1、弹性位移极化，外电场消失 后即恢复原状，无损耗。
介电常数测定课件1
材料介电性能的测定课件一、实验名称：材料介电性能的测定 二、实验目的：1、了解高频Q 表的工作原理；2、掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值的方法。
三、实验仪器、设备：QBG-3D 型高频Q 表一台，包括电感箱（壹套）及夹具；千分卡尺；特种铅笔；软布条（或脱脂棉）、砂纸；银浆，无水乙醇。
四、实验原理：Q 表测量介电系数和介电损耗角正切的原理图2 Q 表测量原理图Q 表的测量回路是一个简单的R -L -C 回路，如图2所示。
当回路两端加上电压V 后，电容器C 的两端电压为V c ，调节电容器C 使回路谐振后，回路的品质因数Q 就可用下式表示：RCR L V V Q C ωω1===(3) R -- 回路电阻；L -- 回路电感； C -- 回路电容。
由上式可知，当输入电压V 不变时，则Q 与V C 成正比。
因此在一定输入电压下，V C值可直接标示为Q 值。
Q 表即根据这一原理来制造。
五、实验方法步骤：变频法a. 把配用的Q 表主调谐电容置于最小电容量，微调电容置于-3pF ；b. 把介质损耗测试装置插到Q 表测试回路的“电容”两个端子上；c. 配上和测试频率相适应的高频Q 值电感线圈（和QBG-3D Q 表配套使用的LKI-1电感组能满足要求）；d. 调节平板电容器测微杆，使二极片相接为止，读取刻度值记为D 0；e. 再松开二极片，把被测样品插入二极片之间，调节平板电容器，到二极片夹住样品止（注意调节时要用测微杆，以免夹得过紧或过松），这时能读取新的刻度值，记为D 1，这时样品厚度D 2= D 1－D 0。
f. 把园筒电容器置于5mm 处；g. 改变配合Q 表频率，使之谐振，读得Q 值（为使以后读数方便，可通过调节Q 表定位电位器，使Q 值为一个整数）；h. 先顺时针方向，后逆时针方向，调节园筒电容器，读取当Q 表指示Q 值为原值的一半时测微杆上二个刻度值，取这二个值之差，记为M 1。
介电测量与研究 11页PPT文档
固体电介质测量及应用
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固体电介质测量及应用
介电材料和绝缘材料是电子和电气工程中不可缺少的 功能材料，它主要应用材料的介电性能。
压电、铁电材料具有各种特殊的物理性能，包括压电 效应、热释电效应、电光效应、声光效应、非线性光 学效应以及铁电畴的开关特性等，成为一类非常重要 的功能材料，已十分广泛地应用于电子技术、激光技 术和计算机技术等高新技术领域中。
同时，通过工程化畴结构的调整，其具有优良的压 电性能，这使得钛酸钡单晶同时成为非线性光学器 件、压电和高应变领域内的一种优秀的无铅环保型 单晶材料。
磁电复合材料介电性能研究
磁电复合材料是一种新型功能材料,它集铁磁体的 铁磁性和铁电体的铁电性于一体,其磁电效应是通 过压电相和磁滞伸缩相的乘积效应来实现的。
六种研究举例
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石墨烯复合材料的介电性能研究
环氧树脂作为一种最常用的基体树脂，具有耐热性 高、介电性高、价格低的特点，将其作为基体添加 石墨烯制备的石墨烯／环氧树脂纳米复合材料具有 优异的性能，并在多个领域有巨大的潜在应用价值。
目前对于石墨烯填充环氧树脂基复合材料的介电性 能，国内外相关研究较少。
氧化物玻璃介电性能研究
这一类材料总称为电介质。
固体电介质测量及应用
钛酸钡(BaTiO3)陶瓷介电性能研究 钛酸钡单晶介电性能研究 磁电复合材料介电性能研究 聚苯胺导电聚合物的介电性能研究 石墨烯复合材料的介电性能研究 氧化物玻璃介电性能研究
钛酸钡(BaTiO3)陶瓷介电性能研究
电介质介电常数的测量PPT课件
【仪器和用具】
5、十进频率计
频率计是测量交变信 号振动快慢的仪器。被 测信号从HF INPUT口输 入，RESOLUTION中对应 10Hz的键按下，显示器 上显示的值即为频率值， 单位为kHz，有指示灯 指示。
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【仪器和用具】
6、游标卡尺
游标卡尺是用来精确测量物体长度的计量器具，可测量一般物体的长度、圆形 物体的外径、内径、容器或孔的深度。测量圆片的直径时，按图中的方位，先移动 副尺使卡口增大，放入被测物体，移动副尺使卡口卡住被测物体（用力适当），读 数时先确定副尺零刻度所对主尺的读数，再确定与主尺对齐的副尺刻度，副尺刻度 每一小格是0.02mm，副尺属于游标刻度，所以不能估读，将主尺和副尺的值相加即 为最终测量值。游标卡尺使用前应进行零位校准，即将副尺推到底，使两卡口接触， 记录主副尺刻度，该读数作为测量值的零位修正值。
【实验原理】
其中： 实验中保持
C0
0S
D
C串
t
εr ε0 S εr (D-t)
C边1 C边2 C分1 C分2
得：
C串 C2 C1 C0
固体电介质介电常数：
εr
ε0
C串 t S C串 (D t)
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【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
【实验内容】
3、频率法测液体电介质的介电常数
按图连接仪器，首先电极放在玻璃杯中，并且以空气为介 质。打开介电常数测试仪和频率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的电源，频率计应有指示， 5分钟后开始测量频率。
测量电极上开关的 当前位置默认为“1”， 连接电极电容C1，记录 此时的频率为f01。切换 开关至“2”，连接电极 电容C2 ，记录此时的频 率为f02。
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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
r
f
2 2
f022
f12 f012
只要测出四种情况对应的振荡频率f01、f02、f1、f2
（3）用交流电桥测出以空气为介质的电容量C1 。 保持电极板的间距不变，将待测样品放入两极板间， 再用交流电桥测出有介质的电容量C2
（4）求出相对介电常数的平均值 。
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