電介質(zhì)介電常數(shù)的測量課件

電介質(zhì)介電常數(shù)的測量目錄實驗?zāi)康膶嶒炘韮x器和用具實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)記錄與處理注意事項1、掌握固體、液體電介質(zhì)相對介電常數(shù)的測量原理及方法；2、學(xué)習(xí)減小系統(tǒng)誤差的實驗方法；3、學(xué)習(xí)用最小二乘法處理實驗數(shù)據(jù)?！緦嶒?zāi)康摹俊緦嶒炘怼科渲校簩嶒炛斜３值茫汗腆w電介質(zhì)介電常數(shù)：

【實驗原理】2、用回歸計算法測空氣介電常數(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：【實驗原理】電極在空氣中測量電極在介質(zhì)中測量液體電介質(zhì)介電常數(shù)3、頻率法測量液體電介質(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。通過操作【參數(shù)】按鍵可選擇測量L（電感）、C（電容）和R（電阻）。本實驗選擇測量電容，選擇后有對應(yīng)的紅色指示燈點亮。測量電感或電容時，在測試臺的兩個電極上會有交流電壓輸出，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。頻率越高測量靈敏度越高，因此本實驗中選擇10kHz，同樣有對應(yīng)的紅色指示燈點亮。記錄時讀取面板左側(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)測試儀介電常數(shù)測試儀內(nèi)部有一個電感線圈L，與外接電容C即液體介質(zhì)測量電極構(gòu)成LC振蕩回路，外部電容C通過面板上的“電容”插座連接。面板上輸出插座通過電纜與頻率計相連。【儀器和用具】4、液體測量電極

液體介質(zhì)測量電極由三組金屬極板構(gòu)成兩個電容器，并放置在玻璃容器內(nèi)。兩個電容器的電容量一個大一個小，經(jīng)開關(guān)連接到接線柱上，可由開關(guān)K選擇兩個電容器中的一個。【儀器和用具】6、游標(biāo)卡尺

游標(biāo)卡尺是用來精確測量物體長度的計量器具，可測量一般物體的長度、圓形物體的外徑、內(nèi)徑、容器或孔的深度。測量圓片的直徑時，按圖中的方位，先移動副尺使卡口增大，放入被測物體，移動副尺使卡口卡住被測物體（用力適當(dāng)），讀數(shù)時先確定副尺零刻度所對主尺的讀數(shù)，再確定與主尺對齊的副尺刻度，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量值。游標(biāo)卡尺使用前應(yīng)進行零位校準(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)作為測量值的零位修正值?！緝x器和用具】7、千分尺

如圖所示的千分尺是精確測量較小物體長度或圓形物體外徑的計量器具。使用時旋轉(zhuǎn)副尺使測量卡口間距增大，當(dāng)被測物能夠放入卡口間時，將副尺往回旋，此時應(yīng)旋動副尺頂部旋鈕，特別在將要卡住被測物時，旋轉(zhuǎn)要緩慢，當(dāng)聽到有“咯、咯”聲音時停止轉(zhuǎn)動并可讀數(shù)。讀數(shù)時首先確定副尺的邊所對準(zhǔn)的主尺刻度，再確定主尺中心線所對副尺刻度讀數(shù)。主尺、副尺刻度讀數(shù)之和即為測量值。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)兩卡口接觸時即間距為零時，記錄主副尺讀數(shù)，該讀數(shù)將作為測量值的零位修正值?！緝x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、絕緣強度高等特點，故俗稱塑料王。液體樣品是環(huán)己烷，該液體無色、無毒、透明、易揮發(fā)。【實驗內(nèi)容】2、用回歸計算法測定空氣的介電常數(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應(yīng)的電容量C。用最小二乘法進行線性回歸：

令x=1/D，y=C

求C分、

0、r

實驗數(shù)據(jù)線性相關(guān)性檢驗【實驗內(nèi)容】3、頻率法測液體電介質(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)。打開介電常數(shù)測試儀和頻率計的電源，頻率計應(yīng)有指示，5分鐘后開始測量頻率。

測量電極上開關(guān)的當(dāng)前位置默認為“1”，連接電極電容C1，記錄此時的頻率為f01。切換開關(guān)至“2”，連接電極電容C2，記錄此時的頻率為f02?！緦嶒瀮?nèi)容】在玻璃容器中倒入適量的液體介質(zhì)，液體能浸沒電極極板即可。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，按上述步驟測出C1、C2對應(yīng)的頻率f1和f2。對頻率f01、f02、f1、f2各重復(fù)測量10次。測量過程中頻率會有幾赫茲至幾十赫茲的變化，這對測量結(jié)果影響不大，但測量時的時間間隔要短，測量過程中不必停頓。如有幾千赫茲的跳動時應(yīng)查明原因后再進行測量。測量完畢后取出電極，并在容器上方輕輕抖動，讓極板間的液體充分回落到容器中，再將液體通過漏斗回收至原來的瓶中。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、用回歸計算法測定空氣的介電常數(shù)和分布電容用最小二乘法《物理實驗》P30、P31進行線性回歸：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《物理實驗》§1.2.3和§1.2.4。相關(guān)系數(shù)檢驗：查表1.5-3(取a=0.01)對計算結(jié)果r進行檢驗并給出檢驗結(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、頻率法測液體電介質(zhì)的介電常數(shù)將測出的頻率記錄在表中，分別計算出每組頻率的介電常數(shù)εr及平均值，由《物理實驗》1.1-9式計算ε