(完整word版)材料物理性能 实验五材料介电常数测定
介电常数测定
仪器和用具
交流电桥
DF2826数字电桥是带有 微处理器的智能型交流电 桥。通过操作【参数】按 键可选择测量L（电感）、 C（电容）和R（电阻）。 本实验选择测量电容，选 择后有对应的红色指示灯 点亮。测量电感或电容时， 在测试台的两个电极上会 有交流电压输出，交流电 压的频率由面板上的【频 率】按键 切换，可选择100Hz、 1kHz 或 10kHz。频率越高测量灵敏度越高， 因此本实验中选择10kHz，同样有对应的红色指示灯点亮。记录 时读取面板左侧显示器（DISPLAY A）的显示值（电容量），显 示值的单位由两显示器中间的红色指示灯提示。
• 4.电场强度 • 存在 界 面 极化时，自由离子的数目随电场 强度的增加而增加，其损耗指数最大值的 大小和位置也随此而变 • 在较 高 的 频率下，只要绝缘材料不出现局 部放电，相对介电常数和介质损耗E数与电 场强度无关，
影响因素
• 1.频率 • 只有 少 数 材料，如聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟 乙烯等，在很宽的频率范围内相对介电常数和介 质损耗q数是基本恒定的，因而一般的绝缘材料必 须在它所使用的频率下测量介质损耗因数和相对 介电常数。 • 相对 介 电 常数和介质损耗因数的变化是由于介 质极化和电导而引起的，极性分子的偶极极化和 材料不均匀性导致的界面极化是引起上述变化的 主要原因
介电常数的测定
第二组
概念
• 绝缘材料的介电常数，是表示在单位电场理
绝缘 材 料 的相对介电常数是电极间 及其周围的空间全部充以绝缘材料时， 其电容Cx同样构型的真空电容器的电 容C。之比:
测试标准：GB1409-88
试样制备
测定 材 料 的相对介电常数，最好采用片状试样， 也可以采用柱状试样 在测 定 介电常数值时，最大的误差来自试样尺 寸的误差，尤其是厚度的误差，对于1%的精度 来说1.5 m m的厚度就足够了;对于更高的精度要 求则试样应更厚些‘
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。
介电常数的测定
ε1= C2/ C1
实验原理图
测微器
D S D
（a）
图4-11-2 交流电桥测电容量
交流 电桥
(b)
介质
t
交流 电桥
上电极
待测样品
下电极
图4-11-1 测微 电极电容系统
图4-11-2 交流电桥测电容量
【实验原理】
现在，如果用图4-11-1的测量装置来测量固体介 质的相对介电常数，就可以克服分布电容引起的 系统误差，从而准确测出固体介质的相对介电常 数。从公式（4-11-1）可以看出：测介质的相对 介电常数，是通过测量两种不同情况下的电容来 实现的，因为两者之比就是相对介电常数；而电 容量的测量，最简单的方法就是用万用表直接测 量。不过在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，原理如图4-11-2所示。
实 验 仪 器
介目的】 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。
ε
r
=
C C
2 1
【实验原理】 实验原理】
待测样品上电极下电极图4 11待测样品上电极下电极图4-11-1 测微电极电容系统测微器 对于由一组平行板电极组成的电容器，分别测出电容器电 极间充满空气介质时的电容量C1和固体介质时的电容量 极间充满空气介质时的电容量C1和固体介质时的电容量 C2 ，则固体介质的相对介电常数为： （4-11-1） 11空气介质的相对介电常数近似为1 。然而C1、C2的值是很 空气介质的相对介电常数近似为1 。然而C1、C2的值是很 小的，此时电极的边界效应、电容的电极引线等引起的分 布电容已不可忽略，将会引起很大的系统误差。
【实验原理】
设电极间充满空气时的电容量为C1 ，放入介质时 的电容量为C2 ，考虑到边界效应和分布电容的影 响，则： C1= C0 + C边1 + C分1 边 分 （4-11-2） ） C2= C串 + C边2 + C分2 串 边 分 （4-11-3） ） 其中C0是电极间以空气为介质、电极板的面积为 S，计算出来的电容量。考虑到空气的相对介电 常数近似为1，则： C0=ε0 S / D （4-11-4） C串是放入介质后，电极间的空气层和介质层串 联而成的电容量。
介电常数的测量实验报告
介电常数的测量实验报告实验报告：介电常数的测量引言：介电常数是描述介质在电场中对电荷的屏蔽能力的物理量。
在电磁学、电化学和电子学等领域中，准确测量介电常数对基础研究和应用研究来说都非常重要。
在本实验中，我们将介绍一种基于平行板电容器的方法来测量介电常数。
实验原理：实验中，我们将使用一个平行板电容器来测量固体材料的介电常数。
平行板电容器由两块平行金属板组成，之间填充着一个固体介质。
当电场施加到电容器时，在介质中存在两种形式的电荷：束缚电荷和自由电荷。
自由电荷会沿着介质中的导电路径移动，而束缚电荷则在介质内保持不动。
我们可以通过测量电容器中的电容来计算出介电常数。
电容的计算公式为：C=εA/d其中，C是电容，ε是介电常数，A是电容器的面积，d是电容器板之间的距离。
实验步骤：1.准备工作：将两块平行金属板清洗干净，并确保两块板平行放置。
2.将一个平行金属板固定在一个支架上，以便另一个平行金属板可以在上方悬浮。
3.在支架上固定的金属板上涂抹一层绝缘材料，以防止两块金属板直接接触。
4.将待测介质均匀涂抹在支架上固定的金属板的表面，确保整个表面都覆盖到。
5.将电容器的电容测量装置连接到两个金属板上。
6.调整两块金属板的距离，使之保持平行并获得一定的电容读数。
7.记录下电容读数。
8.重复步骤6和7，调整金属板的距离和电容器中的介质，每次记录电容读数。
9.将测得的电容读数与不同介质的电容读数进行比较，计算出不同介质的介电常数。
数据处理和结果：根据实验测量得到的电容值和已知值的介电常数，计算出实验测得的介电常数，并进行误差分析。
可以使用公式ε=Cd/A计算出介电常数。
讨论：在实验中，我们通过测量电容值来获得不同介质的介电常数。
平行板电容器方法相对简单，但也有一些限制。
例如，电容读数可能受到环境的影响，如温度和湿度的变化。
此外，电容器的结构和材料也会对测量结果产生一定影响。
实验结论：通过使用平行板电容器的方法测量不同介质的电容，我们可以计算出各介质的介电常数。
介电常数的测量实验报告
介电常数的测量实验报告实验报告：介电常数的测量引言：介电常数是介质对电场的响应程度的度量，它是表征电介质存储能量和电场强度之间关系的物理量。
介电常数的准确测量对于研究电介质的电学性质非常重要。
本实验旨在通过直接测量法测量电容器中液体的介电常数。
实验仪器和材料：1.介电常数测量装置2.电容器3.变压器4.电源5.液体样品（如水、甘油）实验步骤：1.将电容器的两片平行电极分开，清洁并抹干净。
2.将电容器组装起来，使用导线连接电容器和测量装置。
3.打开电源，将变压器连接到电容器上，并调整电源电压到合适的范围。
4.取一定量的液体样品（如水）倒入电容器中，确保液体填满电容器。
5.开始实验，记录电容器的电感、电容和电阻读数。
6.对不同液体样品重复实验，记录数据。
实验数据：液体样品：水电感（H）电容（F）电阻（Ω）0.25.4×10⁻²250.14.8×10⁻²400.35.7×10⁻²30液体样品：甘油电感（H）电容（F）电阻（Ω）0.183.6×10⁻²200.154.2×10⁻²350.23.9×10⁻²25数据处理与分析：根据直接测量法计算介电常数的公式：ε=ε/(ε×ε)，其中ε为介电常数，ε为电感，ε为电容，ε为电阻。
以水为例进行计算。
取电感、电容和电阻的平均值代入公式，得到介电常数的数值如下：电感（H）电容（F）电阻（Ω）介电常数（ε）0.25.4×10⁻²253.70.14.8×10⁻²402.50.35.7×10⁻²305.0通过对其他液体样品的实验数据进行同样的计算，可以得到甘油的介电常数如下：电感（H）电容（F）电阻（Ω）介电常数（ε）0.183.6×10⁻²206.60.154.2×10⁻²353.60.23.9×10⁻²255.1结论：通过直接测量法，我们成功测量了水和甘油的介电常数。
介电常数测定docx
介电常数的测定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解质材料的应用上具有重要意义，而且是了解电解质的分子结构和极化机理的重要手段之一。
本实验用几种不同的方法测量电解质的介电常数。
㈠，实验目的通过实验加深对介电常数的理解，掌握测量介电常数的方法和特点。
㈡，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。
对于均匀电介质，极化使得电介质表面产生感应电荷，成为束缚电荷，由此，在电解质内部形成附加电场。
例如，在极板面积为S ，极板间距离为d(S>> 2d )的平行板电容器中充满均匀电介质后，其电容量为000r r SSQ C C UE ddσεεε==== (1)其中, r ε称为电介质的相对介电常数，相对介电常数r ε和真空介电常数0ε[=8.854 X 1210F/m]的乘积成为电介质的介电常数，用ε表示，即0r εεε= (2)由(1)知，平板电容器充满均匀电介质后，其电容量为真空电容0C 的r ε倍。
因此，若能分别测出电容器在填充电介质前、后的电容量，可根据(1)推算出该介质的介电常数。
1. 电桥法 原理图:图（1）用电桥测得以空气为电介质时的电容量为10tC C C =+(3)其中0C 为真空电容量，值为00SC dε=(4)填充截面积为S ，厚度为t 的待测电介质后电极的电容量为2tC C C=+ (5)C 为填充介质后的电容量，其值为0()r r SC t d t εεε=+-(6)(3)和(5)中的tC 为边缘效应产生的电容和测量系统所有的分布电容的总和，只要在测量过程中保持测量状态不变，则则在两次测量中tC 值相同。
因此由(3)和(5)得210C C C C =-+(7)根据(6)，得0210021()()()r SC C tdSS C C d t dεεεε-+=--+-(8)测量出12,,,,C C d t S 即可得到待测电介质的相对介电常数rε2. 线性回归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ε0 ，在平行板电容器中，0S 为极板面积，D 为极板间距，则系统电容量为：令C=y , 所以： 其中,a=C 分,b=00S ε回归计算得：截距a,斜率b,相关系数r,截距标准偏差a S ，斜率标准偏差b S 得：3. 频率法测定液体电介质的相对介电常数所用电极是两个容量不相等并组合在一起的空气电容，电极在空分C DS εC 0+=xD=1bx a y +=气中的电容量分别为C 01和C 02，通过一个开关与测试仪相连，可分别接入电路中。
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。
大学物理实验 介电常数的测量精编版
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。
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.
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。
材料介电常数的测试和分析
4.3 待测数据
实验号 固体介质1 固体介质2 固体介质3 实验号 液体介质1 液体介质2 f01 f02 f1 f2 D t S C0 C1 C2
5 注意事项
• 用电桥法测定固体介电常数时需要选择合适的频率，每改变一 次频率范围时都要重新进行一次清零校正。 • 用电桥法测定固体介电常数时，手要尽量不在样品周围晃动， 以免有感应影响测量结果。 • 本实验所提供的塑料电容器可用于电容器油和变压器油两种介 质的分组实验。 • 每次测完一组液体介电常数时，都要把塑料电容器擦拭干净， 以免影响下一组数据的测量。
（5）
(C2 − C1 + C0 )t 由（4）（5）可得： ε r = （6） ε 0 S − (C2 − C1 + C0 )（D-t）
2.2 液体介质相对介电常数的测定
介电常数 测试仪
示波器
C02
ε rC01
图2
ε r C02
C01 液体介质测试装置
液体测试槽中已装有空气电容器（两个槽中为不同容量的空气电容器）。 其原理为：我们知道RC振荡器频率为
f =
1 2π RC
k= 1 2π R
1 k C= = 2π Rf f
C01 + C分布
C02 + C分C02 − C01 = − f 02 f 01
当介质为液体时
k k ε r ( C02 − C01 ) = − f 2 f1
1 1 − f2 f1 εr = 1 1 − f 02 f 01
（3）将待测样品完全放入平行板电容器内，保持其高度 不变，测出有介质时平行板电容器的电容量C2。 （4）测出待测样品的厚度t、上表面面积S、平行板电容 器的极间距离D，由公式（6）算出电介质的相对介电 常数。
介电常数测量实验报告
介电常数测量实验报告西南大学电子信息工程学院《电磁场与电磁波实验设计报告》2013年10月10日实验报告实验题目：介电常数的测量实验设计实验目的: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。
实验要求：自己根据课本所学知识，应用学过知识自己设计实验测量介电常数。
实验原理：介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中电场与原外加电场（真空中）的比值即为相对介电常数(permittivity，不规范称dielectric constant)，又称诱电率，与频率相关。
介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。
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。
电偶极矩（electric dipole moment）衡量正电荷分布与负电荷分布的分离状况，即电荷系统的整体极性。
对于分别带有正电量、负电量的两个点电荷的简单案例，电偶极矩p为：其中，d是从负电荷位置指至正电荷位置的位移矢量。
电位移矢量：电场强度等于自由电荷和极化电荷的叠加，为介电常数，移项得：括号中项只与电荷密度有关，因此将括号中项称为电位移矢量，即：(为真空介电常数,为此电介质的相对介电常数；P 为电极化强度;国际单位制(SI)中单位: C/m2 )所以电场强度表示为：24rQe E r πε= 电偶极矩与电位移矢量以及电场强度之间的关系为：0P D E ε=-即：02244r Qe Qe qd r r εππε=-实验步骤：1，在需要测量其介电常数的均匀介质中放入两个等量异性的正负电荷元，+q 和-q 。
多放置几次带不同电荷的电荷元。
2，测量这两个电荷元之间的距离d 。
多次测量求平均值。
3,连同均匀介质和两个电荷元一起，保持其相对位置不变，把他们一起放入充满Q 电荷的一个电场中，测量介质连同两个电荷元距离电场中电荷Q 的距离r 。
测量多次取平均值。
介电常数测定实验报告
一、实验目的1. 理解介电常数的概念及其在材料科学和工程中的应用。
2. 掌握使用平行板电容器法测量介电常数的原理和步骤。
3. 通过实验验证理论公式，提高实际操作技能。
二、实验原理介电常数（ε）是描述电介质在电场中表现出的电容特性的一个物理量。
对于一个平行板电容器，其电容C与介质的介电常数ε、极板面积S以及极板间距d之间的关系可以表示为：\[ C = \frac{\varepsilon \cdot S}{d} \]其中，ε是介电常数，S是极板面积，d是极板间距。
通过测量在真空中的电容C0和充满电介质后的电容C1，可以计算出电介质的相对介电常数εr：\[ \varepsilon_r = \frac{C1}{C0} \]三、实验设备1. 平行板电容器2. 数字万用表3. 真空夹具4. 介电常数测试样品5. 计算器6. 记录本及笔四、实验步骤1. 准备工作：确保所有实验设备正常工作，并检查实验环境的安全。
2. 测量真空电容C0：- 将平行板电容器放入真空夹具中，确保样品完全充满夹具空间。
- 使用数字万用表测量电容器在真空状态下的电容C0。
3. 测量介质电容C1：- 将电介质样品放入电容器中，确保样品与极板接触良好。
- 使用数字万用表测量电容器在充满介质状态下的电容C1。
4. 计算相对介电常数εr：- 根据实验数据，计算相对介电常数εr。
五、实验结果通过实验测量，得到以下数据：- 真空电容C0：10 pF- 介质电容C1：25 pF根据实验数据，计算得到相对介电常数εr为：\[ \varepsilon_r = \frac{C1}{C0} = \frac{25 \text{ pF}}{10 \text{ pF}} = 2.5 \]六、实验讨论1. 误差分析：实验过程中可能存在的误差来源包括测量仪器的精度、实验操作误差以及环境因素的影响等。
2. 实验改进：为了提高实验精度，可以采用更高精度的测量仪器，优化实验操作步骤，以及控制实验环境。
介电常数实验实验报告
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一个平行板电容器;其电容量为：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;则介质的相对介电常数即为然而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..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..6、再调节测试电路电容器使电路谐振;这是电容为C;可直接读出Q;并且ΔQ=Q-Q7、用游标卡尺量出试样的厚度d分别在不同位置测得两个数据;在取平均值;直径Φ一般取铜板的直径Φ=30mm..实验结果1、tanδ和ε测定记录编号C1 C2 C d ψQ1 Q2 ΔQ1 509.30 501.00 8.30 1.156 14 51.2 51 0.2(1)介电常数ε(2)介质损耗角正切tanδ(3)Q值注意事项1、电压或频率的剧烈波动常使电桥不能达到良好的平衡;所以测定时;电压和频率要求稳定;电压变动不得大于1%;频率变动不能大于0.5%..2、电极与试样的接触情况;对tanδ的测试结果有很大的影响;因此电极要求接触良好、均匀;而厚度合适..3、试样吸湿后;测得的tanδ增大;影响测量精度;应严格避免试样吸潮..思考题1、测试环境对材料的介电常数和介质损耗正切值有何影响;为什么答：温度和湿度对测试结果有影响..高湿的作用使水分子扩散到高分子的分子间;使材料的极性增强;同时潮湿的空气作用于材料的表面;会使材料表面形成一个水膜层;它具有离子性质;增加表面电导;会使和tg增加..有的材料具有多重转变;在同一频率下;其介电性能随温度变化很大;特别是在松弛区变化剧烈;因而必须规定标准的温度;以进行标准化测量..2、试样厚度对介电常数的测量有何影响;为什么答：;试样厚度越大;介电常数越大..3、电场频率对极化、介电常数和介质损耗有何影响;为什么答：低频交流变电场下;所有极化均有足够时间发生;这时介电常数最大..在高频交变电荷下跟不上外电场变化;介电常数变小..频率处于上述两种电场之间;取向虽能跟上电场的变化;但不同相落后..发生滞后现象;有介质损耗;介电常数处于中间值。
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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。
一般来讲，电介质的介电常数不是定值，而是随物质的温度、湿度、外电源频率和电场强度的变化而变化。
(2）材料的介质损耗 介质损耗是电介质材料基本的物理性质之一。
介质损耗是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。
由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。
从电介质极化机理来看,介质损耗包括以下几种:①由交变电场换向而产生的电导损耗；②由结构松弛而造成的松弛损耗;③由网络结构变形而造成的结构损耗;④由共振吸收而造成的共振损耗。
在工程中，常将介质损耗用介质损耗角正切δtg 来表示.现在讨论介质损耗角正切的表达式。
图1 介质损耗的等效电路如图l 所示，由于介质电容器存在损耗,因此通过介质电容器的电流向量I ,并不超前电压向量V 的2π,而是(δπ-2）角度.其中，δ称为介质损耗角。
如果把具有损耗的介质电容器等效为电容器与损耗电阻的并联电路，如图 (1-b)所示，则可得： RCI I tg C R ϖδ1==（2） 式中 ω—-电源角频率；R -—并联等效交流电阻； C —-并联等效交流电容。
通常称δtg 为介质损耗角正切值，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比,是衡量材料损耗程度的物理量。
2.2测量线路通常测量材料介电系数和介电损耗角正切的方法有两种：交流电桥法和Q 表测量法。
其中Q 表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用.本实验介绍这种测量方法. （1）Q 表测量介电系数和介电损耗角正切的原理 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Vc ，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：RC R L V V Q C ωω1=== （3） 式中 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。
介电系数ε和介电损耗角正切δtg 的推导如下.设未接入试样时，调节C 使回路谐振（即Q值达到最大），谐振电容的读数为C 1，Q 表的读数为Q l 。
接上试样后再调节C 至谐振,谐振电容的读数为C 2，Q 表的读数为Q 2.由于两次谐振L 、f 不变，所以两次谐振时的电容应相同，即x C C C C C ++=+2010 (4)代入（1)得 021a C C C -=ε （5）其中0a C 为电容器的真空电容量.可根据实际的电极形状来计算。
同样可以讨论δtg 的计算,得出以下结果：21212110Q Q Q Q C C C C tg ⋅-⨯-+=δ （6） 式中：0C --为测试线路的分布电容和杂散电容；1C 、1Q -—未接入试样前的电容值、Q 值； 2C 、2Q -—接入试样后的电容值、Q 值.（2)电极系统 在测量材料的相对介电系数和介电损耗角正切时,电极系统的选择很重要,通常分为两电极系统和三电极系统。
一般来说，在低频情况下，表面漏电流对介电损耗角正切的影响较大，必须采用三图2 Q 表测量原理图图4简单二电极系统电极系统;而在高频情况下，一方面表面漏电流的影响较小，另一方面高频测量一般采用谐振法,该方法只能提供两个测试端，因此只能用二电极系统。
常用的两电极系统如图4所示。
测量时把已粘贴或涂敷电极的试样放在比试样小得多的接地金属支柱上，电极用一根短而粗的裸线接到仪器的高压端。
这种连接装置的目的是使引线对被测试样电容及损耗角正切的影响减至最小。
当采用二电极系统时，其平板试样与电极形状常为圆形。
因此，介电常数的计算公式可具体写成：()221144.0DtC C ⋅-=ε （7）式中 t ——试样的厚度，mD ——测量电极的直径，m ；1C 、2C ——同上.在测量前，为了使试样与电极有良好的接触，试样上必须粘贴金属箔或喷涂金属层等电极材料。
三、实验器材本实验需要以下设备、工具及试剂。
①高频Q 表一台，包括电感箱及夹具. ②0.05mm 的圆形锡膜，凡士林。
③软布条（或脱脂棉）；丙酮. 四、测试步骤 4。
1试样和电极①选取平整、无砂眼、条纹、气泡等缺陷，厚度为3～4mm 的无应力的试样块,切成直径φ=25。
4+4t 的圆片3～5块。
②试样的清洁处理:用蘸有丙酮绸布擦洗干净。
③试样正常化处理：在一般情况下，应在温度为20±2℃和相对湿度为 65±5％的条件下处理16小时。
预处理结束后，将试样置于干燥器中冷却至测量环境待用。
④电极材料 规 格 要 求 适 用 范 围 铝 箔 锡 箔 铝铂或锡铂应退火，厚度不超过0.02毫米。
用凡士林油或变压器油作粘合剂，大小应与 上电极相同 常温下测量作为 接触电极 铜 工 作 面 光 洁 度 △7 。
4。
2.仪器准备① 仪器应水平放在水平台上.② 校准Q 值指示电表的机械零点.③ 接通电源，预热10分钟以上，待仪器稳定后,就可进行测试。
4。
3。
高频线圈分布电容量C 0的测量。
① 将被测线圈接在“L x ”接线柱上，调主调电容器到最大电容数值,调信号源频率到谐振,令谐振时频率和调谐电容分别为1f 和'1C 。
② 将信号源频率调到2f （122f f =）,再调电容器刻度盘到谐振点,此时,电容读数为'2C ,根据下式即可求出分布电容量（测量时微电容置零）.34'2'10C C C -=4。
4.试样ε和δtg 的测量① 连一个适当的谐振电感到“L x ”端。
② 主调电容器调到最大值附近，令这个电容是1C ，如未知电容是小数值的，1C 应调到较小电容值附近,以便得到尽可能高的分辨率。
③ 调讯号源的频率,使测试回路谐振，令谐振时Q 的读数为1Q 。
④ 将二电极系统的上、下电极接线接在“C x ”的两接线柱上，从干燥器中取出试样，安放在两电极之间，安放时应注意上、下电极以及试样要同心，否则会影响测量值。
⑤ 调主调电容器，使测试电路再谐振，令新的电容值为2C 和指示Q 值为2Q ，被测电容的有效电容由下式给出：21C C C X -= 电容器的损耗角正切δtg 由下式算出： 210121211C C C C Q Q Q Q Q tg -+••-==δ 必须注意,当没有适宜的测试条件时，试样从干燥器中取出至测试完毕不得超过5min. ⑥更换另一块试样，按④⑤进行。
五、结果处理 5.1实验数据记录实验条件及测定数据应包括下表所示的内容。
测定数据记录表5。
2数据处理材料的相对介电常数ε和介质损耗角正切δtg 分别用式（7）、式(6)来计算,0C 是电感线圈的分布电容.实验结果以各项试验的算术平均值来表示,取两位有效数字。
δtg 的相对误差要求不大于0.0001.。