介电常数的测量的讲义
物理实验技术如何测量介质的介电常数
物理实验技术如何测量介质的介电常数介电常数是描述介质对电场的响应能力的物理量，它在电子和通信领域中有着非常重要的应用。
实验技术是测量介质的介电常数的关键，本文将探讨物理实验技术在介电常数测量中的应用和发展。
一、测量介质介电常数的基本原理和方法为了测量介质的介电常数，需要利用电场和介质之间的相互作用。
基本原理是将介质放置在电场中，通过测量电场的变化来确定介质的介电常数。
在实际应用中，有多种方法可以用于测量介电常数，下面介绍其中几种常用的方法。
第一种方法是测量平板电容器的电容值，介电常数可以通过电容值的变化进行计算。
这种方法简单易行，通常适用于介电常数较小的介质。
平板电容器的电容值可以通过传统的电路测量手段进行测量，或者利用微弱电荷传感器进行测量。
第二种方法是利用介质在电场中的极化现象来测量介电常数。
介质极化是指介质内部的电荷在电场作用下重新排列的现象，可以分为电子极化和离子极化。
通过测量介质内部极化电荷的变化或者介质极化向量的大小，可以计算出介质的介电常数。
第三种方法是利用电磁波的传播特性来测量介质的介电常数。
在电磁波传播过程中，介质对电磁波的速度和传播常数有影响，通过测量电磁波的传播速度和传播常数的变化，可以得到介质的介电常数。
这种方法通常应用于高频电磁波的测量中，如微波和光学领域。
二、物理实验技术的发展与应用随着科学技术的不断进步，物理实验技术在测量介质的介电常数中得到了广泛的应用和发展。
下面将介绍几种新兴的物理实验技术，并分析其在介电常数测量中的优势和局限性。
第一种技术是扫描探针显微镜技术。
通过在探针显微镜上附加电场控制系统，可以通过扫描探针对样品物理性质进行高分辨率的测量。
这种技术的优势在于可以实时观察样品的电极化过程，获得高分辨率的介电常数图像。
但是，该技术的局限性在于需要对样品进行处理，并且由于探针的尺寸限制，对大尺寸样品的测量有一定的限制。
第二种技术是介质谐振技术。
通过改变传感器与介质之间的物理接触，并利用谐振电路原理，可以测量介质的介电常数。
介电常数测量技术在物理实验中的应用与使用教程
介电常数测量技术在物理实验中的应用与使用教程介电常数是衡量物质抵抗电场的能力的物理量，在物理实验中具有广泛的应用。
本文介绍了介电常数测量技术的原理、方法和注意事项，并结合常见的实验案例进行解析，帮助读者更好地理解和掌握该技术。
一、介电常数测量技术的原理与方法介电常数的测量原理基于电容原理，即在电场作用下，物质会产生极化效应，形成电偶极矩，进而改变电容器的电容。
测量介电常数可以通过测量电容的变化来间接获得。
常见的介电常数测量方法包括平行板电容法、共振法和时间域法。
其中，平行板电容法是最常用且简便的一种方法。
该方法通过测量一个电容器的电容变化来获得物质的介电常数。
在进行平行板电容法测量时，需要准备一对平行板电容器，将被测物质置于两平行板之间，然后接入电源，调节电场强度，测量电容变化。
通过计算电容的变化，结合已知参考物质的介电常数，即可求得被测物质的介电常数。
二、测量技术的应用实例2.1 测量固体材料的介电常数在研究材料特性、设计电子元器件和电磁波传播等领域中，测量固体材料的介电常数是一项重要的实验。
通过测量固体材料的介电常数，可以了解材料对电场的响应能力，为电磁波传播、射频电路设计等提供重要的参考数据。
以测量陶瓷材料为例，首先需要准备两块平行的陶瓷样品，并在两侧涂抹导电薄层以保证电流的顺利流动。
接下来，将样品放置于测量装置中，并进行电容测量。
通过对测量数据的处理和分析，可以得到陶瓷材料的介电常数。
2.2 测量液体的介电常数液体的介电常数测量在化学和材料科学等领域有着广泛的应用。
例如，在食品工业中，测量食物中的水分含量，可以通过测量食物样品的介电常数来实现。
另外，在精细化工中，测量液体的介电常数有助于了解液体的溶解性和反应性，指导工艺设计和优化。
液体介电常数的测量方法与固体类似，也是基于电容原理。
但由于液体的特殊性质，测量时需要采取一些特殊的措施。
例如，为了避免液体的蒸发和溢出，可以使用封闭式的测量装置。
介电常数的测定 (3)
实验题目：介电常数的测定 89实验目的：本实验要求学生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：1. 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。
2.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： SCd r 00εεεε==（1）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 。
一、替代法当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，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。
这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。
若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。
替代法参考电路如图2.2.6-1(a)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 。
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。
介电常数测量技术的原理与仪器使用技巧
介电常数测量技术的原理与仪器使用技巧介电常数是描述物质对电场作用的特性参数，它反映了物质在电场中的响应能力。
测量介电常数是研究物质电性质的重要手段，在材料科学、电子工程等领域具有广泛的应用。
本文将介绍介电常数测量技术的原理和仪器使用技巧。
一、介电常数测量技术的原理介电常数测量的原理主要基于物质在电场中的极化现象。
当物质置于电场中时，由于电场的作用，物质内部的正负电荷会发生重新分布，产生极化现象。
这种极化现象导致了物质的介电常数的变化。
1. 平板电容法平板电容法是测量介电常数最常用的方法之一。
它利用了平行板电容器的结构。
在电场作用下，物质的极化使得电容器的电容发生变化，通过测量电容器的参数变化可以求得介电常数。
这种方法简单易行，适用于固体、液体等各种物质的测量。
2. 微波法微波法是一种基于物质对微波信号的反射和传播特性进行测量的方法。
微波在电场中传播时，由于物质的吸收和散射作用，电磁波的相速度和传播常数发生了变化。
通过测量微波的传播参数可以间接推测物质的介电常数。
这种方法适用于高频、高精度的介电常数测量。
3. 复折射法复折射法是一种基于物质对光的传播和折射特性进行测量的方法。
通过测量物质对光的相位差、偏振等参数的变化，可以推算出物质的折射率，从而间接求得介电常数。
这种方法适用于液晶材料等在光学上具有明显响应的物质。
二、介电常数测量仪器的使用技巧1. 仪器的校准在进行介电常数测量之前，首先要对测量仪器进行校准。
校准可以通过标准物质进行，将已知介电常数的物质放入测量系统中，根据仪器的输出数据进行调整，确保仪器的准确性和可靠性。
2. 样品的准备样品的准备对于介电常数的测量结果影响很大。
在进行测量之前，需要对样品进行适当的处理。
例如，对于固体样品，要保证样品的尺寸、形状和表面的光洁度；对于液体样品，要保证样品的纯度和温度的稳定。
3. 测量条件的控制测量介电常数时，需要对测量条件进行恰当的控制。
例如，对于平板电容法，应选择适当的电场强度和频率；对于微波法和复折射法，应选择适当的微波频率或光源波长。
材料的介电常数和磁导率的测量
材料的介电常数和磁导率的测量首先我们来介绍介电常数的测量方法。
介电常数是材料对电场的响应程度的度量，它描述了材料中电荷的极化程度。
介电常数的测量方法可以分为静态方法和动态方法两大类。
静态方法主要包括电容法和阻抗法。
电容法是通过测量材料电容器的电容值来确定其介电常数。
通常，所使用的电容器是平板结构或圆柱结构的，它们的结构和尺寸可以根据具体的测量需求进行设计。
电容法的原理是通过在电场中测量电容器的电容值来计算介电常数，具体计算公式为：ε=C/(ε0·A/d)其中，ε为介电常数，C为电容值，ε0为真空介电常数，A为电容器的交叉面积，d为电容器的间距。
阻抗法是通过测量材料电容器的阻抗来计算介电常数。
通过在电场中给电容器施加交变电压，测量电容器的电流和电压幅值，然后使用以下公式计算介电常数：Z=1/(2πfC)其中，Z为电容器的阻抗，f为交变电压的频率。
动态方法主要包括时域反射法和频域反射法。
时域反射法是通过将脉冲信号发送到材料中，然后测量脉冲信号的反射系数和传播速度来计算介电常数。
时域反射法的优点是适用于宽频带的测量，但对测量设备的性能要求较高。
频域反射法是通过测量材料的频率响应来计算介电常数。
通常，通过将材料置于一对电极之间，然后测量电极间的电容和电感，进而计算介电常数。
接下来我们来介绍磁导率的测量方法。
磁导率是材料对磁场的响应程度的度量，它描述了材料中磁性物质的含量和分布。
磁导率的测量方法主要有磁化曲线法和磁化电流法。
磁化曲线法是通过测量材料在外加磁场下得到的磁化曲线来计算磁导率。
测量时，材料样品被放置在电磁铁中，然后在外加磁场的作用下，测量材料的磁化强度和磁场强度，计算得到磁化曲线。
根据磁化曲线的特征，可以计算出材料的磁导率。
磁化电流法是通过通过在材料中施加交变电流，测量材料的磁场分布和电压分布，并计算得到磁导率。
磁化电流法适用于广泛的频率范围，并且可以用于不同形状和尺寸的样品。
介电常数和磁导率的测量方法在很多领域都有广泛的应用。
材料物理性能 实验五材料介电常数测定
材料介电常数的测定一、目的意义介电特性是电介质材料极其重要的性质。
在实际应用中，电介质材料的介电系数和介电损耗是非常重要的参数。
例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大而介电损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。
本实验的目的：①探讨介质极化与介电系数、介电损耗的关系； ②了解高频Q 表的工作原理；③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。
二、基本原理2.1材料的介电系数按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同性的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。
当固体电介质置于电场中后，固有偶极子和感应偶极子会沿电场方向排列，结果使电介质表面产生等量异号的电荷，即整个介质显示出一定的极性，这个过程称为极化。
极化过程可分为位移极化、转向极化、空间电荷极化以及热离子极化。
对于不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
(1)材料的相对介电系数ε 介电系数是电介质的一个重要性能指标。
在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电系数。
此外，由于介电系数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。
所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究还可以推断绝缘材料的分子结构。
介电系数的一般定义为：电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。
其数学表达式为 0a x C C ε= （1） 式中 x C ——两极板充满介质时的电容； 0a C ——两极板为真空时的电容；ε——电容量增加的倍数，即相对介电常数。
从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发，相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。
从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。
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。
介电常数测试方法
介电常数测试方法
介电常数测试方法
一、介电常数的定义：
介电常数是一种物理特性，它衡量介质（如空气、水、液体或固体）中电磁波的传播率。
它的反映了电磁波在特定介质中传播的速度，即介质中电磁波传播的能力。
介电常数用ε表示，单位是度（F/m），它是不同物质的电磁波传播率的比较数值，值越高表示物质中电磁波传播的能力越强。
二、介电常数测试原理：
介电常数测试是采用微波吸收谱法（MAS）来测量介电常数的，即在实验室中采用MAS法测量样品的介电常数。
MAS法是在一定的物理条件下，通过测量微波激入样品的功率和样品反射出去的功率的比值来测量介电常数的。
三、介电常数测试方法：
（1）准备样品
用于测试介电常数的样品是根据测试要求准备的，要求样品尺寸应根据介质的介电常数的测量原理准备，通常，样品尺寸不应超过
1/10波长。
（2）设置测试系统
测试介电常数的系统由微波激发器、反射器、发射器和接收器等主要部分组成，在测试系统中，激发的微波将由发射器发射到样品上，样品上部分的微波被反射回发射器，另一部分微波穿过样品，最后由
接收器接收到。
（3）测试介电常数
在测试介电常数之前，要确定介质的频率，以及激发器的功率，然后发射微波到样品上，测量样品反射出去的功率，计算反射系数，最后把反射系数代入定义式，计算介电常数。
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：SCDD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0，08.8510 12 F / m 。
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 。
如能测出平行板电容器在真空里的电容量C1及充满介质时的电容量C2，则介质的相对介电常数即为C 2εrC 1然而 C1、 C2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C1和放入固体电介质后的电容 C2。
C 1 C 0 C 边1 C 分1C 2C串C边2 C 分2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：C 0SDC 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：ε0 Sεr ε0 SC 串D-t ?t εr ε0 Sε Sε ε St εr (D-t)rD tt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C 边1 C 边 2 、 C 分1 C 分2。
得： C 串 C 2 C 1C 0最终得固体介质相对介电常数：εrC 串 tε0 SC 串(D t)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。
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。
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。
介电常数测量
介电常数测量引言介电常数是材料在电场中的响应能力的度量，是一个描述材料电介质特性的重要物理量。
测量材料的介电常数可以帮助我们了解材料的电性能和应用潜力。
本文将介绍介电常数的概念和测量方法，并介绍几种常见的介电常数测量技术。
介电常数的定义介电常数是材料对电场作用的响应能力的度量。
它是通过比较在电场中和无电场中材料的性能来确定的。
介电常数通常是一个复数，包括实部和虚部，分别表示材料的电容率和损耗因子。
电容率描述了材料对电磁场的响应能力，而损耗因子描述了材料在电场中能量耗散的程度。
介电常数测量方法测量材料的介电常数可以采用多种方法，以下是几种常见的介电常数测量技术。
平行板电容法平行板电容法是一种常用的介电常数测量方法。
它通过测量两块平行金属板之间的电容来确定材料的介电常数。
首先，将待测材料放置在两块平行金属板之间，然后将电场施加于其上。
根据电容公式C=Q/V，通过测量电容C和电场电压V，可以计算出材料的介电常数。
谐振法谐振法是一种通过测量材料的谐振频率来确定其介电常数的方法。
谐振法利用材料在特定频率下的介电或磁感应能量储存和释放特性。
通过改变外加电场的频率，找到材料的谐振频率，然后根据谐振频率和其它已知参数计算出介电常数。
微波法微波法是一种通过测量材料在微波频率下的传输特性来确定其介电常数的方法。
微波法利用材料对微波的反射、透射和吸收特性来计算介电常数。
通过测量微波在材料中的传播速度和衰减率，可以得到材料的介电常数。
恒压干燥法恒压干燥法是一种基于湿度变化来测量材料的介电常数的方法。
它利用材料吸湿时导致的电容量的变化来计算介电常数。
通过控制恒定的压力和温度，并测量湿度传感器的电容变化，可以计算出材料的介电常数。
总结介电常数是描述材料对电场作用的响应能力的物理量，对于研究材料的电性能和应用具有重要意义。
本文介绍了介电常数的定义和测量方法，包括平行板电容法、谐振法、微波法和恒压干燥法。
不同的方法适用于不同类型的材料和频率范围。
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。
物理实验技术中的介电常数测量使用方法
物理实验技术中的介电常数测量使用方法引言:在物理实验中，介电常数是一个重要的物理参数。
介电常数描述了介质对电场的响应性质，是评价介质电绝缘性能的指标之一。
本文将介绍一些常见的测量介电常数的方法和使用技巧。
一、电容法测量介电常数:电容法是最常见的介电常数测量方法之一。
该方法是通过测量被测材料构成的电容器的电容值来获得介电常数。
具体实验步骤如下：1. 准备两块平行金属板，将被测材料放置在两板之间。
2. 将平行板电容器连接到电源和电容计上。
3. 调节电压使电容器达到稳态，记录下电容计的读数。
4. 将被测材料更换为真空介质，重复步骤3。
5. 根据所测得的电容值和真空电容值，计算出被测材料的介电常数。
二、恒电流法测量介电常数:恒电流法是另一种常用的介电常数测量方法。
该方法通过在被测材料上施加一个恒定的电压，然后测量通过材料的电流来确定介电常数。
具体实验步骤如下：1. 准备一块被测材料的样品。
2. 将样品放置在电流计回路中，施加一个恒定电压。
3. 测量通过样品的电流。
4. 根据实际电流和所施加电压，计算出被测材料的介电常数。
三、微波法测量介电常数:微波法是一种无线电波测量介电常数的方法。
该方法使用微波源和探测器来测量介质的透射和反射特性，并根据这些特性来计算介电常数。
具体实验步骤如下：1. 设置微波源和探测器，使它们相对于被测样品呈一定的几何关系。
2. 发射微波信号，并观察被测样品的透射和反射特性。
3. 根据透射和反射特性计算出被测样品的介电常数。
四、离子迁移法测量介电常数:离子迁移法是一种特殊的介电常数测量方法，适用于液态介质。
该方法通过测量电离物质在介质中的迁移速度和电场强度来确定介电常数。
具体实验步骤如下：1. 在被测介质中加入适量的电离物质。
2. 在介质中施加一个电场，并观察电离物质的迁移速度。
3. 根据迁移速度和电场强度计算出介质的介电常数。
结论:通过以上介绍的几种测量介电常数的方法，我们可以在实验中根据具体情况选择适合的方法来测量介电常数。
(实验室装置)波导法测量介电常数PPT精讲
同轴探针法测量介电常数
Coaxial probe permittivity measurement system
Coaxial probe permittivity measurement system
Coaxial probe permittivity measurement system
Wave-guide method dielectric constant me Analyzers
Coaxial Waveguide Coaxial Converter
The Parts in the Wave-guide method dielectric constant measuring system
物质在静电场中（无电磁波时）的介电常数是一 个标量，实数 物质在交变电场中（有电磁波时）的介电常数是 一个复数
j
'
"
介电常数的虚部反映波传播的损耗，实部反映波 传播时状态的改变，如相位，相速，波阻抗等的 改变。
介电常数测量方法
传输线法－如波导法，同轴线，带状线
将被测介质作为传输线的一部分，测量 负载（被测介质）在传输线（传输系统）上 的行驻波分布，测量其驻波系数，波节点位 置（相位），以此计算负载的反射系数，阻 抗，网络参量等，进而实现其介电常数的反 演
推导一 ：介电常数一
2 2 2 2 2 s11 s21 1 1 c s11 s21 1 K c K K 2 1 2s11 2c 2s11
zc 1 c zc z0 1 c
0 2 1 0 2 r |zc ( ) 2 [1 ( ) ] c zc c
Zc，Z0分别表示样品和空气的特征阻抗； c 表示波导的截止 波长，只与波导尺寸和传输波型相 c 2 /(kc ) mn 2 / ( m / a) 2 (n / b) 2 关 ； ；c为光速常数； 0 表示空气中的工作波长， 0 c / f
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。
介电常数的测量的讲义
液体与固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，(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：SCd 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 。
比较法：比较法的电路图如右图所示。
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,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 并且12X V V =，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。
RL 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 ==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⎛⎫- ⎪=-⎪ ⎪⎝⎭L V →-RV →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 （取1H ），电阻R （取5k 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，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，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。
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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：2222
1()()L C Z R Z Z R L C
ωω=+-=+-
L
V →
C
V →
L C
V V →
→
-R
V →
V
→
回路电流：22
1()V I Z
R L C
ωω==
+-
电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i
L C
R ωωϕ⎛⎫-
⎪=- ⎪ ⎪⎝⎭
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=。
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 →
22
1(
)R C
ω+ 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 →22()R L ω+, ϕi →- 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ϕi =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：
000122f LC LC
ωωωππ==
==
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，由已知电感L ，电阻R 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，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，则电容可由下式求出：
L f C X 2241
π=
式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。
3、液体磁导率的测量方法：
在密制的螺绕环中，由安培环路定理得：
B
l NI μ
= （1）
NBS
L I
I
ψ
=
=
（2） 联立（1）、（2）式得
2
Ll
N S
μ=
（r 0=μμμ） L —电感强度 S —螺绕环的截面积 N —螺绕环的匝数 l —螺绕环的有效长度
4、相对介电常数与相对磁导率的计算：
在测量固体的相对介电常数时，我们用到参数已知的压电陶瓷片，可直接有公式0r S
C d
εε=
计算得到相对介电常数。
在测量液体电介质的电容时，我们已知212.9H O ε=，由
0r S
C d
εε=
⇒C =C εε液体液体
水水
易得液体的相对介电常数。
同理，密制螺绕环的一些参数也难以直接测量，若已知2H O =1.0002μ，可由
2
Ll
N S
μ=
推得：
L =L μμ液体液体
水水
电感L 可用谐振法测得，因此可得液体的相对磁导率。
实验内容：
1、仪器、元件与用具：
信号源一台、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、游标卡尺、平行板电容器，螺绕环电感，双踪示波器，矩形样品池，磁性表座2只（用于固定矩形样品池），滴管，废液池，抺布，卷纸，去离子水，已配置好的三种不同浓度的罗丹明溶液。
2、实验步骤： 必做实验:
（1）、运用比较法测量压电陶瓷的介电常数εr 。
（2）、运用谐振法测量压电陶瓷的介电常数εr ，电感L 取0.6 H ，电阻R 取5 k Ω。
（3）、液体介电常数的测量。
具体步骤如下：
① 将平行板电容器竖直放入矩形样品池中，加入标准样品水，直到水完全浸没平行板电容器，利用标准电感箱、标准电阻箱，用RLC 交流共振法测量共振频率。
取标准电阻箱值为5k Ω，调节标准电感箱值为0.1 H ，测量对应的谐振频率，计算平行板电容器的电容。
② 利用待测样品代替标准样品水重复上述步骤，测出样品的谐振频率,计算出相对介电常数。
设计性实验:
设计测量液体磁导率的方法:
将标准样品水加入螺绕环电感内的玻璃管中，要求水完全装满玻璃管，利用标准电容箱、标准电阻箱，用RLC 交流共振法测量螺绕环的电感。
取标准电阻箱值为10.0 Ω，调节标准电容箱值为0.02 μF ，测量对应的谐振频率，计算螺绕环的电感。
利用待测样品代替标准水重复步骤3，测出样品的谐振频率,计算出相对磁
导率。
数据处理：
分别计算固体比较法，谐振法的介电常数及其不确定度；
计算液体的介电常数。
思考题：
定性分析谐振法测量液体的介电常数的系统误差。
仪器的参数：
（1）压电陶瓷几何尺寸
直径d=24.65mm 螺旋测微器测量
厚度h=0.194mm 游标卡尺测量
（2）电容箱示值准确度
10×0.1μF 组±0.5%
10×0.01μF 组±0.65%
10×0.001μF 组±2%
10×0.0001μF 组±5%
（3）电感箱±0.5%。