介电常数实验实验报告(2020年10月整理).pptx
介电常数的测量
实验题目：介电常数的测量实验目的：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：（见预习报告）实验仪器：信号源一台：多用表两块：，电容箱一个：交流电阻箱一个：压电陶瓷一个：电感器一个，另有导线若干备用实验数据：表一：替代法测量电容数据表二：比较法测量电容数据表三：谐振法测量电容数据4、电桥法表四：电桥法测量电容数据5、仪器常数（1）压电陶瓷几何尺寸直径d=(24.65±0.02)mm （P=0.95）厚度h=(0.194±0.010)mm （P=0.95） （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%数据处理：介电常数的计算公式可以被统一化为2020004)2(dChd ChSChr πεπεεεεε====1、 替代法那么根据公式计算出1.204×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ=0.00008μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00008.0600008.057.2)(=⨯=根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0002×5%）μF =0.00026μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000026.000008.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U Bx Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U hh U C C U U xx rr ++=εε那么3222322210064.0)65.2402.0()194.0010.0()0262.00003.0(10204.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=dd U hh U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.020.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε2、比较法故那么根据公式计算出1.222×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CCii xx σ=0.00023μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00024.0600023.057.2)(=⨯=根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0006×5%）μF =0.00028μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0004.000028.000024.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U Bx Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U hh U C C U U xx rr ++=εε那么3222322210065.0)65.2402.0()194.0010.0()0266.00004.0(10222.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=dd U hh U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.022.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε3、谐振法根据电容公式：可计算出各数据对应的C x :根据介电常数计算公式计算出1.226×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CCii xx σ=0.00039μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00040.0600039.057.2)(=⨯=根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0007×5%）μF =0.00028μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0005.000028.000040.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U Bx Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U hh U C C U U xx rr ++=εε那么3222322210097.0)65.2402.0()194.0010.0()0267.00005.0(10226.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=dd U hh U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)10.023.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε4、电桥法由电桥法导出的公式为：，将上表数据代入得：那么根据公式计算出1.226×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ=0.00019μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为FF nC t x Pμμσ00020.0600019.057.2)(=⨯=根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0007×5%）μF =0.00028μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000028.000020.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U Bx Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U hh U C C U U xx rr ++=εε那么3222322210094.0)65.2402.0()194.0010.0()0267.00003.0(10226.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=dd U hh U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)09.023.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε综上，四个实验分别得到的介电常数如下：1. 替代法：95.0,10)06.020.1(3=⨯±=P r ε 2. 比较法：95.0,10)06.022.1(3=⨯±=P r ε 3. 谐振法：95.0,10)10.023.1(3=⨯±=P r ε 4. 电桥法：95.0,10)09.023.1(3=⨯±=P r ε实验小结：1. 压电陶瓷片易碎，安装固定时要特别小心。
第五周 介电常数
电介质相对介电常数的测量一、引言在电磁学中，介电质响应外电场的施加而电极化的衡量，称之为介电常数；介电常数关系到介电质传输或者容许电场的能力，衡量电场怎样影响介电质，怎样被介电质影响，介电常数又被称为“电容率”或者“绝对电容率”。
而真空中的介电常数我们称之为“真空介电常数”，标记为，且。
而在非真空中由于电介质被极化，在物质内部的总电场会减小；我们将非真空中测得的电介质的介电常数与真空介电常数的比值称为相对介电常数，它是表征介质材料的介电性质或极化性质的物理参数，其值也等于以预测材料为介质与以真空为介质的同尺寸的电容器电量之比。
而相对介电常数不是一个常值，它可能会随着电场的频率、湿度、温度或其它参数而改变。
而相对介电常数越大，则能越显著地提高同尺寸电子器件的电容，则在交流电路中可以明显减少电子器件的响应时间，在现代大规模集成电路中有着重要作用。
本实验利用交流电桥研究平行板电容器极板间距与电容值的关系，圆柱形电容器长度与电容值的关系，研究介质对电容的影响，从而测量空气的介电常数与介质的相对介电常数，并通过研究充入电介质的多少对电容的影响验证电容的串并联规律。
二、实验原理1、在充电的真空平行板电容器，若两金属板的面电荷密度为和，平行板面积为S，平行板间距为d，当》时，由高斯定理，知极板间电场为，由可知：…………………………………… ⑴2、当电容器充满了相对介电常数为的电介质后，极化电荷所产生的附加场强与原场强的方向相反，所合成的比原来的小，有，由，得：…………………………………⑵即可分别测量后，通过……………………………………………⑶求得。
当电介质未充满电容器时，设充了电介质的面积为S’，则由电容器的并联规律可知，此时电容器的电容值为：……⑷3、对圆柱形电容器，由理论分析可知：……………………………………⑸其中为圆柱形电容器的高度，为外径，为内径。
4、交流电桥，其原理如下图1：当灵敏电流计显示节点2、4间无电流时，2、4间即无电势差，则1-2-3支路与1-4-3支路应满足：把，待入，则得到：……………⑹实验中通过反复调节，使G示数达到最小值，从而得到测量的。
介电常数的测量
实验题目：介电常数的测量实验目的：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。
实验数据：表一：替代法测量电容数据表二：比较法测量电容数据表三：谐振法测量电容数据4、电桥法5、仪器常数（1）压电陶瓷几何尺寸直径d=(24.65±0.02)mm （P=0.95） 厚度h=(0.194±0.010)mm （P=0.95） （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%数据处理：介电常数的计算公式可以被统一化为2020004)2(d Ch d Ch S Ch r πεπεεεεε====1、 替代法那么根据公式计算出错误！未找到引用源。
1.204×103下面求不确定度： 测量列的标准差为：1)()(2--=∑n C CC ii xx σ错误！未找到引用源。
=0.00008μF取P=0.95，查表得t 因子t P =2.57，那么测量列不确定度的A 类评定为F F nC t x Pμμσ00008.0600008.057.2)(=⨯= 根据给定的电容箱的参数，可以计算得测量列不确定度的B 类评定 错误！未找到引用源。
=（0.02×0.65%+0.006×2%+0.0002×5%）μF =0.00026μF所以测量列的展伸不确定度为 95.0,0003.000026.000008.0])([)(2222==+=+=P F F u nC t C U B x Px μμσ根据介电常数的计算公式和不确定度的传递原则，有2222])(2[])([])([])([dd U h h U C C U U xx rr ++=ε那么3222322210064.0)65.2402.0()194.0010.0()0262.00003.0(10204.1])(2[])([])([)(⨯=++⨯⨯=++=d d U h h U C C U U xx r r εε 故最终结果写成：95.0,10)06.020.1()(3=⨯±=±=P U r r r εεε2、比较法，得到下表故错误！未找到引用源。
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。
实验二十一介电常数的测定
实验二十一 介电常数的测定实验内容1．了解电容桥的使用。
2．测定电介质的介电常数。
教学要求1．学习研究消除平板电介质的边缘效应。
2．学习应用外推法分析实验数据、得出实验结论。
实验器材介电常数三电极系统，QS-18A 型万能电桥，游标卡尺，电介质薄板。
电介质是指不导电的绝缘介质。
当电介质被放入电场中时，无论其性质如何，都会由于电场的感应而获得一个宏观的电偶极矩，净效应表现为在电介质表面上的不同侧面出现等量的正、负电荷的聚集。
这样，感生电荷（束缚状态）就会在电介质内部建立起一个与外加电场方向相反的电场，使电介质内部的合电场较原来的外加电场小。
即电介质的放入，使原来空间的电场减弱了。
介电常数是用来描述电介质使电场减弱的程度，它等于真空电场强度与加入电介质后其内的合电场强度之比，而且此比值只由电介质本身的性质决定，与所加外电场无关。
因此，介电常数是描述电介质性质的重要参量，电介质介电常数的测量对于深入了解某些物质结构的规律，发现物理性能优异的新型电介质材料都具有重要的意义。
本实验仅对用电容桥测量固体电介质的介电常数进行初步的学习和讨论。
实验原理为了探索电介质对电场的影响，法拉弟于1837年首先研究了电介质对平行板电容器电容的影响。
法拉弟通过实验发现：（1） 当保持平行板电容器两极板电压不变时，加入电介质后，极板上所带电荷量将增加。
（2） 当保持平行板电容器极板上所带电荷量不变时，加入电介质后，两极板间电压会减小。
（a ）两个电容器极板上加有相同的电压，加有电介质的电容器极板上电荷较多（b ）两个电容器极板上有相同的电荷，加有电介质的电容器两极间的电压较低在上述两种情况下，根据电容器的电容公式V q C /=,由实验测量可以证明，加入电介质后电容器的电容总是增大为原来的r ε倍。
而且，r ε与电容器本身无关，只由电介质决定。
设电容器在真空中的电容为C 0，在空气中的电容为C 0/，加入电介质后电容为C ，电介质的（相对）介电常数定义为 0C C r =ε （21-1） 由于C 0与C 0/仅差0.05%，实验中可用C 0/近似地代替C 0。
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报告(附数据)
实验题目：介电常数的测量实验目的：测量陶瓷电容的介电常数介电体（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。
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：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==（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 。
2020年整理介电常数实验实验报告.doc
介电常数实验实验目的1、了解介电常数的相关知识和其相关应用。
2、掌握测量介电常数的相关原理与测量方法。
3、熟悉掌握课本知识，应用所学知识。
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D为极板间距，S为极板面积，ε即为一个平行板电容器，其电容量为：C=εSD介电常数。
材料不同ε也不同。
在真空中的介电常数为ε0。
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εr。
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，则介质的相对介电然而C1、C2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线常数即为εr=C2C1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。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
仪器的基本原理是采用高频谐振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。
它以单片计算机作为仪器控制，测量核心采用了频率数字锁定，标准频率测试点自动设定，谐振点自动搜索，Q值量程自动转换，数值显示等新技术，改进了调谐回路，使得调谐回路的残余电感减至最低，并保留了原Q表中自动稳幅等技术，使得新仪器在使用时更为方便，测量值更为准确。
仪器能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值.实验步骤1、本仪器适用于110V/220V,50Hz±0.5Hz交流电，使用后要检查市电电压是否合适，最好采用稳压电源，以保证测试条件的稳定。
2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常后才能开始测试。
3、取出附带支架，将样品夹入两极板之间，在选择适当的辅助线圈插入电感接线柱，用引线将支架连接至仪器电容接线柱。
4、根据需要选择振荡频率，调节测试电路电容器使电路谐振（Q值最大）。
5、记录支架上的刻度X，并将样品从支架的两极板中取出，调节两极板间距离，使其恢复至X。
介电常数的测定 (10)
实验题目：介电常数的测定 5－学号：pb05206218姓名：金秀儒实验目的：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，测量压电陶瓷的介电常数。
实验仪器：信号源、多用表、电容箱、交流电阻箱、压电陶瓷、电感器、导线。
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 。
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Cx （图中Rx 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。
合上开关K1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R0，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Ix 。
将开关K2打到B 点，让标准电容箱Cs 和交流电阻箱Rs 替代Cx 调节Cs 和Rs 值，使Is 接近Ix 。
多次变换开关K2的位置(A,B 位)，反复调节Cs 和Rs ，使is=ix 。
假定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（rx=rs ），则有cx=cs 。
图2.2.6-1(a)图2.2.6-1(b)另一种参考电路如图2.2.6-1(b)所示，将标准电容箱Cs调到极小值，双刀双掷开关K2扳到AA’，测量Cx上的电压Vx值；再将K2扳到BB’，调节Cs让Cs上的电压VS接近Vx。
材料的介电常数测试
介质损耗和介电常数测量实验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质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，而介质损耗尽量小。
相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。
而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。
所以，通过测定介电常数(ε)及介质损耗角正切(tg δ)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。
一、实验目的1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系；2、了解高频Q 表的工作原理；3、掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。
二、实验原理按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，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会显示出一定的极性，这个过程称为极化。
对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量C x 与同样大小的介质为真空的电容器的电容量C o 之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。
oxC C =ε 式中：C x—电容器两极板充满介质时的电容；C ο —电容器两极板为真空时的电容； ε—电容量增加的倍数，即相对介电常数介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。
作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。
在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。
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常数。
此外，由于介电常数取决于极化，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。
2．介电损耗(tg δ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。
在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。
介电性能实验报告
介电性能实验报告一、实验目的1. 了解和掌握介电材料的基本概念和性质。
2. 掌握介电性能实验的操作方法。
3. 分析介电材料的电容、介电常数和损耗因数。
二、实验原理1. 电容（C）的定义：两个导体之间存在电场，导体能够存储能量，此时两个导体即可以看作电容器的两个电极。
2. 介电材料：介电材料是指在电场作用下，不产生导电现象，而是发生位移极化现象的材料。
常见的介电材料有玻璃、石英、塑料等。
3. 介电常数（ε）：介电常数是表征介电材料与真空（或空气）相比，在相同电场作用下的绝缘能力的大小。
介电常数越大，材料的绝缘性能越好。
4. 损耗因数（tanδ）：损耗因数是介电材料在电场中发生能量损耗程度大小的指标。
损耗因数越小，材料的绝缘性能越好。
三、实验仪器和材料1. 介电性能测试仪器：包括电容测试仪、介电常数测试仪和损耗因数测试仪。
2. 介电材料：实验所用介电材料可以选择玻璃片、石英片、塑料片等。
四、实验步骤1. 使用电容测试仪器测量介电材料的电容。
将待测介电材料放在电容测试仪的电极之间，调整电容测试仪的参数使其稳定，记录下电容数值。
2. 使用介电常数测试仪器测量介电材料的介电常数。
将待测介电材料放在介电常数测试仪的电极之间，调整介电常数测试仪的参数使其稳定，记录下介电常数数值。
3. 使用损耗因数测试仪器测量介电材料的损耗因数。
将待测介电材料放在损耗因数测试仪的电极之间，调整损耗因数测试仪的参数使其稳定，记录下损耗因数数值。
五、实验结果与分析1. 实验数据记录如下：介电材料电容（C）介电常数（ε）损耗因数（tanδ）玻璃片20nF 4 0.002石英片15nF 5 0.001塑料片10nF 3 0.0032. 从实验结果可以看出，玻璃片的电容最大，石英片次之，塑料片最小。
说明玻璃片和石英片的绝缘能力较好，塑料片的绝缘能力较差。
3. 从实验结果还可以看出，石英片的介电常数和损耗因数最大，说明石英片的绝缘能力最好。
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.
介电常数的测定 (11)
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：（见预习报告） 实验数据及处理：1、仪器常数：压电陶瓷尺寸：⎩⎨⎧=±==±=)95.0(0.010)0.194)95.0()02.065.24(P mm h P mm d （厚度直径电容箱示值准确度:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧±⨯±⨯±⨯±⨯%50001.010%2001.010%65.001.010%5.01.010组：组：组：组：F F F F μμμμ2、替代法测压电陶瓷电容，计算其介电常数：实验电路如图一，测得数据如表一所示：表一：替代法测电容所得数据 由表一可得F F C S μμ0250.040248.00249.00251.00253.0=+++=S X C C =，所以有F C C S X μ0250.0==32312362010148.1)1065.242/1(14159.31085.810194.0100250.0)2/(⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----d h C X r πεε计算结果的不确定度 C x 的标准()422224121022.214)0250.00249.0()0250.00249.0()0250.00251.0()0250.00253.0(1-=⨯=--+-+-+-=--=∑n C Ci XXiσ A 类不确定度F n U A μσ44101.141022.2--⨯=⨯== P=0.95 B 类不确定度F U B μ4103.2%50000.0%2005.0%65.002.0%5.00.0-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯= P=0.95合成不确定度()()()()F U U t U BApC μ4242422106.3103.2101.157.2---⨯=⨯+⨯⨯=+=P=0.95由公式20)2/(d Chr πεε=推导不确定度传递公式：20)2/(d Ch r πεε=−−−−−−→−两边取对数，再求导dd h d C d d d h C r r ⨯-+=2εε dUh U C U U d h C rr⨯++=−−−−−−−−−→−2εε不确定度符号系数取绝对值，改写成 222)(4)()(dUh U C U U d h C rr⨯++=−−−−→−εε写成标准差形式05.0)65.2402.0(4)194.0010.0()0250.0106.3()(4)()(2224222=⨯++⨯=⨯++=-d U h U C U U d h C rrεε4.5705.01148=⨯=⋅=∴rr rr U U εεεε,95.0=P ;因此，310)0574.0148.1(⨯±=r ε,95.0=P ;3、比较法测压电陶瓷电容，计算其介电常数：由S XSX C V V C =可得 所以F F C X μμ0253.04==32312362010162.1)1065.242/1(14159.31085.810194.0100253.0)2/(⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----d h C X r πεε 计算结果的不确定度 C X 的标准()422224121089.114)0253.00254.0()0253.00254.0()0253.00253.0()0253.00250.0(1-=⨯=--+-+-+-=--=∑n C Ci XXiσ A 类不确定度F n U A μσ54105.941089.1--⨯=⨯== P=0.95 B 类不确定度F U B μ4105.2%50003.0%2005.0%65.002.0%5.00.0-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯= P=0.95合成不确定度()()()()F U U t U BApC μ4242522105.3105.2105.957.2---⨯=⨯+⨯⨯=+=P=0.95根据公式20)2/(d Chr πεε=由2中推导结果可得：05.0)65.2402.0(4)194.0010.0()0253.0105.3()(4)()(2224222=⨯++⨯=⨯++=-d U h U C U U d h C rrεε1.5805.01162=⨯=⋅=∴rr rr U U εεεε,95.0=P ;因此，310)0581.0162.1(⨯±=r ε,95.0=P ;4、谐振法测压电陶瓷电容，计算其介电常数：电路如图四所示，电阻R=4k Ω，信号源V P-P =10V ，改变电感L 的值测量谐振频率，结果由Lf C X 2241π=可得所以F F C X μμ0252.04==32312362010158.1)1065.242/1(14159.31085.810194.0100252.0)2/(⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----d h C X r πεε 计算结果的不确定度 C X 的标准()422224121099.214)0252.00251.0()0252.00253.0()0252.00248.0()0252.00255.0(1-=⨯=--+-+-+-=--=∑n C Ci XXiσ A 类不确定度F n U A μσ44105.141099.2--⨯=⨯== P=0.95 B 类不确定度F U B μ4104.2%50002.0%2005.0%65.002.0%5.00.0-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯= P=0.95合成不确定度()()()()F U U t U BApC μ4242422105.4104.2105.157.2---⨯=⨯+⨯⨯=+=P=0.95根据公式20)2/(d Chr πεε=由2中推导结果可得：06.0)65.2402.0(4)194.0010.0()0252.0105.4()(4)()(2224222=⨯++⨯=⨯++=-d U h U C U U d h C rrεε5.6906.01158=⨯=⋅=∴rr rr U U εεεε,95.0=P ;因此，310)0695.0158.1(⨯±=r ε,95.0=P ;5、电桥法测压电陶瓷电容，计算其介电常数：实验电路如图五所示，信号源频率f=1000Hz ， V P-P =10.0V ，实验测得数据如表四所示：表四：电桥法测电容所得数据S aXaX AX S X C U U U C N N C -==21所以有： 所以F F C X μμ0253.04==32312362010163.1)1065.242/1(14159.31085.810194.0100253.0)2/(⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----d h C X r πεε计算结果的不确定度 C X 的标准()422224121000.114)0253.00254.0()0253.00254.0()0253.00254.0()0253.00252.0(1-=⨯=--+-+-+-=--=∑n C Ci XXiσ A 类不确定度F n U A μσ54100.541000.1--⨯=⨯== P=0.95 B 类不确定度F U B μ4105.2%50003.0%2005.0%65.002.0%5.00.0-⨯=⨯+⨯+⨯+⨯= P=0.95合成不确定度()()()()F U U t U BApC μ4242522108.2105.2100.557.2---⨯=⨯+⨯⨯=+=P=0.95根据公式20)2/(d Chr πεε=由2中推导结果可得：05.0)65.2402.0(4)194.0010.0()0253.0108.2()(4)()(2224222=⨯++⨯=⨯++=-d U h U C U U d h C rrεε2.5805.01163=⨯=⋅=∴rr rr U U εεεε,95.0=P ;因此，310)0582.0163.1(⨯±=r ε,95.0=P ;6、谐振替代法测压电陶瓷电容，计算其介电常数：实验电路如图三所示，测得数据如表五：F F C S μμ0259.04==所以F C C S X μ0259.0==32312362010190.1)1065.242/1(14159.31085.810194.0100259.0)2/(⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==----d h C X r πεε 实验小结及分析：1、从实验结果来看，各种方法测量所得的结果比较接近，实验基本成功；实验中可能引起误差的主要因素有如下述：仪器方面，标准电容的漏电现象是难以避免的；操作方面，连电路时难免牵动压电陶瓷，造成有效面积的偏离；谐振法和谐振替代法测量时对是否处于谐振状态的判读有一定主观性；2、实验过程中应该注意电学仪器（特别是万用表）的正确使用。
(实验室装置)波导法测量介电常数--PPT
其中 rm 是由测量数据中直接推导出来的值， r 表示修正以
后的数值。 b 表示窄边样品的高度，b 表示波导窄边高度
与样品高度的差。
小结
频率，扫描点数，扫描时间设置 同轴线校准－矢量网络分析仪标准件校准 同轴波导校准－非标准件校准 S参数到介电常数的计算
定位误差校正 介电常数一和介电常数二 间隙误差校正
记录为‘line.s2p’ 将需要测量的对象接在转换器之间：记录此时的s参
数 导入校准程序，得到测量波导两个端面的s参数
样品端面S参数到介电常数的计算
s11
s22
c (1 Td2 1 c2Td2
)s21
s12
Td
(1
2 c
)
1
T2 2
cd
Td 表示待测样品的传输系数 c 表示待测样品的反射系数
波导传输/反射法 测量 介质介电常数
介电常数
自然界中大多数物质在微波波段都呈现为有损耗的 绝缘体，称之为电介质，简称介质。介质在电场的 作用下都会发生极化现象，即介质在外加电场的作 用下其内部的正负电荷向着相反方向发生微小位移， 从而产生许多电偶极矩。介质极化后在介质内部产 生一个极化电场，这个电场的方向与外加电磁场的 方向相反，大小与介质的极化程度、物质成分和物 理状态，外界温度频率等有关。
介质的介电常数定义为电通量D与外加电场强度E的 比值，是一个用来衡量介质中的电荷在外加电磁场 作用下发生极化后的分布情况的一个常量
介电常数是一个由本身性质和外界环境共同 决定的反映介质电特性的物理量。
宏观上反映介质对电磁波辐射，散射，反射， 吸收，传输等特性，微观上反映物质内部化 学和物理结构。
介电常数实验报告
基础实验物理报告学院专业：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：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串由此可得液体电介质的相对介电常数：20120221221111f f f f εr --=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。
电介质介电常数的测量PPT课件
【实验内容】
在玻璃容器中倒入适量的液体介质，液体能 浸没电极极板即可。轻轻摇晃容器赶走极板间的 气泡，让电极间充满液体介质后，按上述步骤测 出C1、C2对应的频率f1和f2。 对频率f01、f02、f1、f2各重复测量10次。 测量过程中频率会有几赫兹至几十赫兹的变化， 这对测量结果影响不大，但测量时的时间间隔要 短，测量过程中不必停顿。如有几千赫兹的跳动 时应查明原因后再进行测量。 测量完毕后取出电极，并在容器上方轻轻抖动， 让极板间的液体充分回落到容器中，再将液体通 过漏斗回收至原来的瓶中。电极放在容器外让其 残余液体自行挥发，待下一组同学使用。
1
f022 1
f12 f021
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【仪器和用具】
1、固体测量电极
固体测量电极中上电极与下电 极构成一组平行板电容器。上电 极与千分尺相连，调节千分尺即 可改变平行板电容器的间距，并 从千分尺刻度上读出平行板电容 器极板的间距。电极通过电极引 出插座与测量仪器相连接。该电 极使用前需进行零位校准，校准 方法参见（7.千分尺）。
【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
器中：S0为极板面积，D为极板间距，则系统电容量为：
C
ε0 S0 D
C分
令：C = y ， 1 x