實驗十二、介質(zhì)的介電常數(shù)的測定

2.23介質(zhì)的介電常數(shù)的測定電介質(zhì)的介電常數(shù)是重要的參數(shù)之一，不僅廣泛地使用于電磁學(xué)、電工學(xué)等與電相關(guān)的領(lǐng)域中，而且在工程技術(shù)中也是十分重要的物理參數(shù)，測量介電常數(shù)成為物理實驗及其科學(xué)研究中的重要內(nèi)容之一?！緦嶒?zāi)康摹浚?）學(xué)會用電橋法測定固體電解質(zhì)的介電常數(shù)。（2）了解頻率法測定電解質(zhì)（氣、液、固體）的介電常數(shù)?！緦嶒炘砑皩嶒灢襟E】1.電橋法測定固體介質(zhì)的介電常數(shù)圖1（1）如圖1圖1微裝置的兩根導(dǎo)線分別接入到電容電橋的測量輸入端，選擇上下兩個電極的間距D=2.5cm，首先對DMC-2型數(shù)字電容表調(diào)零，選擇200pF檔。并測定介質(zhì)為空氣的電容量。(1)其中是空氣電容器的計算值，稱為電極的邊緣電容值，是系統(tǒng)的分布電容。（2）保持電極的間距不變，將待測的有機(jī)玻璃電解質(zhì)板（直徑和厚度可以由千分尺和卡尺測定）放入上下電極之間，測出有介質(zhì)板時的電容C2。(2)其中是有介質(zhì)時與對應(yīng)空氣電容器串聯(lián)后的等效電容值（如圖2）。圖2由電容器的電容計算方法可得（3）由式（3）可解得介質(zhì)的相對介電常數(shù)：（4）其中t是介質(zhì)板的厚度，s是介質(zhì)板的面積。若測量過程中保持測量電極、電容電橋、接線狀態(tài)不變，則兩次測量中的都不變。由式（2）可得，(5)由式（4）、（5）可知，只要測量出、、t、D、s即可計算出相對介電常數(shù)。（3）使用上述方法測量空氣的介電常數(shù)和系統(tǒng)的分布電容。我們可以通過改變上下極板的間距，測出兩板充滿空氣的電容，可以得到一條直線。其截距是分布電容值，斜率與空氣的介電常數(shù)成正比。2.用頻率法測電解質(zhì)的介電常數(shù)實驗原理如圖3所示。圖3圖3（1）按原理圖接好線路，將NFC-10C-1型多功能計數(shù)器調(diào)至FREQ（頻率測量檔）、1s（觸發(fā)時間）、100k（低通檔位或按照實驗室要求）。圖中、分別為不同容量的電容器。如果在電感一定時，其RC振蕩的頻率為（6）（2）若兩個電容器為空氣電容器時，考慮存在分布電容，則于是（7）當(dāng)放入介質(zhì)時（8）（3）由式（7）和式（8）可以得到測量函數(shù)。即（9）只要測出以上幾個頻率值即可求得介質(zhì)的相對介電常數(shù)。但應(yīng)注意，測量過程中應(yīng)保持測量系統(tǒng)的測量狀態(tài)不變，才可消除分布電容的存在?！緦嶒瀮x器】DMC-2型數(shù)字電容表，介電常數(shù)測試儀，NFC-10C-1型多功能計數(shù)器，測微電極系統(tǒng)，千分尺和游標(biāo)卡尺等?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】數(shù)據(jù)記錄表格自行設(shè)計，測量次數(shù)和介質(zhì)的選擇根據(jù)實驗室的要求?！咀⒁馐马棥浚?）電橋法測定固體電解質(zhì)時，兩極板間應(yīng)避免有雜質(zhì)存在。（2）測量電介質(zhì)時，應(yīng)注意實驗條件要保持一致，否則不能消除分布電容及部分邊緣電容。【參考文獻(xiàn)】[1]郭紅、徐鐵軍、陳西園、劉鳳智編大學(xué)物理實驗2003年，中國科學(xué)技術(shù)出版社[2]張兆奎、繆連元、張立編大學(xué)物理實驗