文档介绍：基础实验物理报告学院 专业:实验名称介电常数实验报告姓名 班级学号一、实验原理二、实验设备三、实验内容四、实验结果一、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:SCDD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0,01012F/m。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。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εrC2C1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。 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。,测出空气中的电容C1和放入固体电介质后的电C2。C1C0C边1C分1C2C串C边2C分2其中C0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:C00SDC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:ε0Sεrε0SC串D-ttεrε0Sε0Sεrε0Stεr(D-t)Dtt当两次测量中电极间距D为一定值,系统状态保持不变,则有C边1C边2、C分1C分2。得:C串C2C1C0最终得固体介质相对介电常数: εrC串tε0S C串(D t)该结果中不再包含分布电容和边缘电容,也就是说运用该实验方法消除了由分布电容和边缘效应引入的系统误差。,系统的总电容为:Cε0S0C分D保持系统分布电容不变,改变电容器的极板间距D,不同的D值,对应测出两极板间充满空气时的电容量C。与线性函数的标准式YABX对比可得:YC,AC分,B0S0,X1,其中S0为平行板电容极板面积。用最小二乘法进行线性回归,求得D分布电容C分和真空介电常数0(0空)。,电极在空气中的电容量分别为C01和C02,通过一个开关与测试仪相连,可分别接入电路中。测试仪中的电感 L与电极电容和分布电容等构成 LC振荡回路。振荡频率为:1,或C1kf2Lf22πLC4f0C分。测试仪中电感L一定,即式中k为常数,则频率仅随电容C的变化而变化。当电极在空气中时接入电容C01,相应的振荡频率为f01,得:C01C分k2,f012接入电容C02,相应的振荡频率为f02,得:C02C分k2f022实验中保证不变,则有C02C01k2k2f022f012当电极在液体中时,相应的有:εr(C02C01)k2k222f2f11122由此可得液体电介质的相对介电常数:εrf2f11122f02f01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