電介質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量課件

電介質(zhì)介電常數(shù)的測(cè)量目錄實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理儀器和用具實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄與處理注意事項(xiàng)1、掌握固體、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)誤差的實(shí)驗(yàn)方法；3、學(xué)習(xí)用最小二乘法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹俊緦?shí)驗(yàn)原理】其中：實(shí)驗(yàn)中保持得：固體電介質(zhì)介電常數(shù)：

【實(shí)驗(yàn)原理】2、用回歸計(jì)算法測(cè)空氣介電常數(shù)和分布電容：令：C=y，得：，式中

a=C分，b=0S0

回歸計(jì)算得： 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。C分=a±Sa

，

0=(b±Sb

)/S0

空氣介電常數(shù)近似為真空介電常數(shù)0，在平行板電容器中：S0為極板面積，D為極板間距，則系統(tǒng)電容量為：【實(shí)驗(yàn)原理】電極在空氣中測(cè)量電極在介質(zhì)中測(cè)量液體電介質(zhì)介電常數(shù)3、頻率法測(cè)量液體電介質(zhì)介電常數(shù)【儀器和用具】2、交流電橋DF2826數(shù)字電橋是帶有微處理器的智能型交流電橋。通過(guò)操作【參數(shù)】按鍵可選擇測(cè)量L（電感）、C（電容）和R（電阻）。本實(shí)驗(yàn)選擇測(cè)量電容，選擇后有對(duì)應(yīng)的紅色指示燈點(diǎn)亮。測(cè)量電感或電容時(shí)，在測(cè)試臺(tái)的兩個(gè)電極上會(huì)有交流電壓輸出，交流電壓的頻率由面板上的【頻率】按鍵切換，可選擇100Hz、1kHz或10kHz。頻率越高測(cè)量靈敏度越高，因此本實(shí)驗(yàn)中選擇10kHz，同樣有對(duì)應(yīng)的紅色指示燈點(diǎn)亮。記錄時(shí)讀取面板左側(cè)顯示器（DISPLAYA）的顯示值（電容量），顯示值的單位由兩顯示器中間的紅色指示燈提示?！緝x器和用具】3、介電常數(shù)測(cè)試儀介電常數(shù)測(cè)試儀內(nèi)部有一個(gè)電感線圈L，與外接電容C即液體介質(zhì)測(cè)量電極構(gòu)成LC振蕩回路，外部電容C通過(guò)面板上的“電容”插座連接。面板上輸出插座通過(guò)電纜與頻率計(jì)相連?！緝x器和用具】4、液體測(cè)量電極

液體介質(zhì)測(cè)量電極由三組金屬極板構(gòu)成兩個(gè)電容器，并放置在玻璃容器內(nèi)。兩個(gè)電容器的電容量一個(gè)大一個(gè)小，經(jīng)開(kāi)關(guān)連接到接線柱上，可由開(kāi)關(guān)K選擇兩個(gè)電容器中的一個(gè)?！緝x器和用具】6、游標(biāo)卡尺

游標(biāo)卡尺是用來(lái)精確測(cè)量物體長(zhǎng)度的計(jì)量器具，可測(cè)量一般物體的長(zhǎng)度、圓形物體的外徑、內(nèi)徑、容器或孔的深度。測(cè)量圓片的直徑時(shí)，按圖中的方位，先移動(dòng)副尺使卡口增大，放入被測(cè)物體，移動(dòng)副尺使卡口卡住被測(cè)物體（用力適當(dāng)），讀數(shù)時(shí)先確定副尺零刻度所對(duì)主尺的讀數(shù)，再確定與主尺對(duì)齊的副尺刻度，副尺刻度每一小格是0.02mm，副尺屬于游標(biāo)刻度，所以不能估讀，將主尺和副尺的值相加即為最終測(cè)量值。游標(biāo)卡尺使用前應(yīng)進(jìn)行零位校準(zhǔn)，即將副尺推到底，使兩卡口接觸，記錄主副尺刻度，該讀數(shù)作為測(cè)量值的零位修正值。【儀器和用具】7、千分尺

如圖所示的千分尺是精確測(cè)量較小物體長(zhǎng)度或圓形物體外徑的計(jì)量器具。使用時(shí)旋轉(zhuǎn)副尺使測(cè)量卡口間距增大，當(dāng)被測(cè)物能夠放入卡口間時(shí)，將副尺往回旋，此時(shí)應(yīng)旋動(dòng)副尺頂部旋鈕，特別在將要卡住被測(cè)物時(shí)，旋轉(zhuǎn)要緩慢，當(dāng)聽(tīng)到有“咯、咯”聲音時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)并可讀數(shù)。讀數(shù)時(shí)首先確定副尺的邊所對(duì)準(zhǔn)的主尺刻度，再確定主尺中心線所對(duì)副尺刻度讀數(shù)。主尺、副尺刻度讀數(shù)之和即為測(cè)量值。副尺每旋一周為0.5mm，一周刻度有50格，每一小格即為0.01mm。千分尺可以估讀，所以讀數(shù)可記錄到0.001mm位。千分尺使用前應(yīng)校準(zhǔn)零位，當(dāng)兩卡口接觸時(shí)即間距為零時(shí)，記錄主副尺讀數(shù)，該讀數(shù)將作為測(cè)量值的零位修正值。【儀器和用具】9、液體電介質(zhì)樣品8、固體電介質(zhì)樣品固體樣品是圓片狀的聚四氟乙烯塑料，該材料具有耐高溫、耐腐蝕、絕緣強(qiáng)度高等特點(diǎn)，故俗稱塑料王。液體樣品是環(huán)己烷，該液體無(wú)色、無(wú)毒、透明、易揮發(fā)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】2、用回歸計(jì)算法測(cè)定空氣的介電常數(shù)和分布電容儀器連接同上。調(diào)節(jié)極板間距分別為：1.000、1.100…1.900mm從交流電橋上讀出各極板間距所對(duì)應(yīng)的電容量C。用最小二乘法進(jìn)行線性回歸：

令x=1/D，y=C

求C分、

0、r

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)線性相關(guān)性檢驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】3、頻率法測(cè)液體電介質(zhì)的介電常數(shù)

按圖連接儀器，首先電極放在玻璃杯中，并且以空氣為介質(zhì)。打開(kāi)介電常數(shù)測(cè)試儀和頻率計(jì)的電源，頻率計(jì)應(yīng)有指示，5分鐘后開(kāi)始測(cè)量頻率。

測(cè)量電極上開(kāi)關(guān)的當(dāng)前位置默認(rèn)為“1”，連接電極電容C1，記錄此時(shí)的頻率為f01。切換開(kāi)關(guān)至“2”，連接電極電容C2，記錄此時(shí)的頻率為f02。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】在玻璃容器中倒入適量的液體介質(zhì)，液體能浸沒(méi)電極極板即可。輕輕搖晃容器趕走極板間的氣泡，讓電極間充滿液體介質(zhì)后，按上述步驟測(cè)出C1、C2對(duì)應(yīng)的頻率f1和f2。對(duì)頻率f01、f02、f1、f2各重復(fù)測(cè)量10次。測(cè)量過(guò)程中頻率會(huì)有幾赫茲至幾十赫茲的變化，這對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，但測(cè)量時(shí)的時(shí)間間隔要短，測(cè)量過(guò)程中不必停頓。如有幾千赫茲的跳動(dòng)時(shí)應(yīng)查明原因后再進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量完畢后取出電極，并在容器上方輕輕抖動(dòng)，讓極板間的液體充分回落到容器中，再將液體通過(guò)漏斗回收至原來(lái)的瓶中。電極放在容器外讓其殘余液體自行揮發(fā)，待下一組同學(xué)使用。【數(shù)據(jù)記錄及處理】2、用回歸計(jì)算法測(cè)定空氣的介電常數(shù)和分布電容用最小二乘法《物理實(shí)驗(yàn)》P30、P31進(jìn)行線性回歸：令x=1/D，y=C

，求下表中各參數(shù)。表中C分

=

a±Sa（pF）

0

=（b±Sb）/S0（F/m）極板面積S0由極板直徑d0=52.50mm求得。式中Sa、Sb/S0是不確定度，不確定度表示的方法參見(jiàn)《物理實(shí)驗(yàn)》§1.2.3和§1.2.4。相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)：查表1.5-3(取a=0.01)對(duì)計(jì)算結(jié)果r進(jìn)行檢驗(yàn)并給出檢驗(yàn)結(jié)論。D/mm1.0001.1001.2001.3001.4001.5001.6001.7001.8001.900C/pF【數(shù)據(jù)記錄及處理】3、頻率法測(cè)液體電介質(zhì)的介電常數(shù)將測(cè)出的頻率記錄在表中，分別計(jì)算出每組頻率的介電常數(shù)εr及平均值，由《物理實(shí)驗(yàn)》1.1-9式計(jì)算ε