2022年介電常數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)教案

1、學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載高校物理試驗(yàn)教案【試驗(yàn)名稱】 電介質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量【試驗(yàn)?zāi)康摹?把握固體、液體電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量原理及方法2學(xué)習(xí)減小系統(tǒng)誤差的試驗(yàn)方法3學(xué)習(xí)用線性回來處理數(shù)據(jù)的方法；【試驗(yàn)原理】講解（ 15 分鐘）介電常數(shù)是電介質(zhì)的一個(gè)材料特點(diǎn)參數(shù)；用兩塊平行放置的金屬電極構(gòu)成一個(gè)平行板電容器,其電容量為：CS DD為極板間距, S 為極板面積, 即為介電常數(shù)； 材料不同 也不同； 在真空中的介電常數(shù)為120,0 8 . 85 10 F / m；考察一種電介質(zhì)的介電常數(shù),通常是看相對(duì)介電常數(shù),即與真空介電常數(shù)相比的比值 r；如能測(cè)出平行板電容器在真空里的電容量 C1 及布滿介質(zhì)時(shí)的電

2、容量 C2,就介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)即為rC21C然而 C1、 C2 的值很小,此時(shí)電極的邊界效應(yīng)、測(cè)量用的引線等引起的分布電容已不行忽視, 這些因素將會(huì)引起很大的誤差,該誤差屬系統(tǒng)誤差；本試驗(yàn)用電橋法和頻率法分別測(cè)出固體和液體的相對(duì)介電常數(shù),并排除試驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差；1 用電橋法測(cè)量固體電介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)將平行板電容器與數(shù)字式溝通電橋相連接,測(cè)出空氣中的電容 容 C2；C1 和放入固體電介質(zhì)后的電C1C0C邊1C分1C2C串C邊2C分2學(xué)習(xí)好資料 歡迎下載其中 C0 是電極間以空氣為介質(zhì)、樣品的面積為S 而運(yùn)算出的電容量：C00SDC邊為樣品面積以外電極間的電容量和邊界電容之和,C分為測(cè)量引線及測(cè)

3、量系統(tǒng)等引起的分布電容之和,放入樣品時(shí),樣品沒有布滿電極之間,樣品面積比極板面積小,厚度也比極板的間距小, 因此由樣品面積內(nèi)介質(zhì)層和空氣層組成串聯(lián)電容而成C串,依據(jù)電容串聯(lián)公式有：C 串0S.r0 Str0 S1C邊2、C分1C分2；D-t 0 Str SrD-t0DttC邊當(dāng)兩次測(cè)量中電極間距D 為肯定值,系統(tǒng)狀態(tài)保持不變,就有得：C 串C2C1C0最終得固體介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)： r0 SC串tDtC串該結(jié)果中不再包含分布電容和邊緣電容,效應(yīng)引入的系統(tǒng)誤差；2 線性回來法測(cè)真空介電常數(shù) 0也就是說運(yùn)用該試驗(yàn)方法排除了由分布電容和邊緣上述測(cè)量裝置在不考慮邊界效應(yīng)的情形下,系統(tǒng)的總電容為：C0 S

4、 0C分,D保持系統(tǒng)分布電容不變,轉(zhuǎn)變電容器的極板間距D,不同的D 值,對(duì)應(yīng)測(cè)出兩極板間布滿空氣時(shí)的電容量C ；與線性函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)式Y(jié)ABX對(duì)比可得：YC,AC分B0S0,X1,其中S0 為平行板電容極板面積；用最小二乘法進(jìn)行線性回來,求得D分布電容 C 分和真空介電常數(shù)0（0空）；3用頻率法測(cè)定液體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)所用電極是兩個(gè)容量不相等并組合在一起的空氣電容,電極在空氣中的電容量分別為C01 和 C02,通過一個(gè)開關(guān)與測(cè)試儀相連,可分別接入電路中；測(cè)試儀中的電感 L 與電極電容和分布電容等構(gòu)成 LC 振蕩回路；振蕩頻率為：21 1 kf,或 C 2 2 22 LC 4 Lf f其中 C

5、C 0 C 分；測(cè)試儀中電感 L 肯定,即式中 k 為常數(shù),就頻率僅隨電容 C 的變2化而變化； 當(dāng)電極在空氣中時(shí)接入電容 C01,相應(yīng)的振蕩頻率為 f01 ,得：C 01 C 分 k2,f 01學(xué)習(xí)好資料C02C 分歡迎下載接入電容 C02,相應(yīng)的振蕩頻率為f 02 ,得：k2f2 02試驗(yàn)中保證不變,就有C 02C 01k2k2k2k2f2 02f2 01當(dāng)電極在液體中時(shí),相應(yīng)的有： r C02C012ff2 1由此可得液體電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)： r121f2 2f1211f2 02f2 01此結(jié)果不再和分布電容有關(guān),因此該試驗(yàn)方法同樣排除了由分布電容引入的系統(tǒng)誤差；【試驗(yàn)儀器介紹】演示（

6、 10 分鐘）平行板電容器：下電極固定,上電極由千分尺帶動(dòng)上下移動(dòng),并可從尺上讀出極板間距；數(shù)字式溝通電橋：功能挑選、頻率挑選、測(cè)量靈敏度及辨論率；液體測(cè)量用空氣電容：三組極板構(gòu)成兩個(gè)電容,由開關(guān)進(jìn)行切換；介電常數(shù)測(cè)試儀；頻率計(jì)；【試驗(yàn)內(nèi)容】1 電橋法測(cè)固體介質(zhì)介電常數(shù)調(diào)劑平行板電容器間距為 5mm；從電橋上測(cè)出電容量 C1；將固體介質(zhì)樣品（聚四氟乙烯圓板）放入極板之間,從電橋上測(cè)出電容量 C2；對(duì) C1、C2 反復(fù)測(cè)量三次；用千分尺測(cè)量固體介質(zhì)樣品的厚度,取不同位置測(cè)量三次；用游標(biāo)卡尺測(cè)量樣品的直徑,取不同方位測(cè)量三次；2 線性回來法運(yùn)算介電常數(shù) 0和 C 分；平行板電容器在空氣中,初始間距

7、為 1.100mm,測(cè)出系統(tǒng)的電容量 C1,間距增大 0.1mm,測(cè)出電容量 C2,以此每增加 0.1mm 測(cè)一次電容量,共測(cè) 5 組；3 頻率法測(cè)液體介質(zhì)介電常數(shù)電極在空氣中,并將開關(guān)置于1,測(cè)出頻率f 01 ,開關(guān)置于2,測(cè)出頻率f02 ；學(xué)習(xí)好資料歡迎下載1,測(cè)出在電極的容器中倒入液體介質(zhì)（環(huán)己烷）,使電極浸沒在液體中,將開關(guān)置于頻率 f 1 ,開關(guān)置于2,測(cè)出頻率f2 ,每個(gè)狀態(tài)的頻率測(cè)量8 次；試驗(yàn)完畢將電極淡定器中取出漓干,并置于空氣中使其殘余液體自行揮發(fā)干,容器中 液體回收進(jìn)瓶子中；4要點(diǎn)：每個(gè)試驗(yàn)過程中,應(yīng)保持系統(tǒng)狀態(tài)不變,即保持分布電容不變；【數(shù)據(jù)處理要求】1 固體介質(zhì)介電常數(shù)數(shù)據(jù)表格試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果按有效位數(shù)法就保留位數(shù)；D.5000 mm,08 .851012F /mrd/mm t/mm S/mm2 C0/pf C1/pf C2/pf C串/pf 1 2 3 平均2 線性回來法運(yùn)算介電常數(shù)0和 C 分?jǐn)?shù)據(jù)表格1.300 1.400 1.500 極板間距 D/mm 1.100 1.200 電容量 C/pF 用最小二乘法算出截距A、斜率 B、相關(guān)系數(shù)r、截距標(biāo)準(zhǔn)偏差SA、斜率標(biāo)準(zhǔn)偏差SB,由B0S0得到0并用不確定度表示其誤差：0BS B ,分布電容：S 0C 分ASA；