金属介电常数的Drude模型
金属介电常数的Drude 模型
()()()()20222/1144/11111/p p ne m i i i i ine m i i i στσωτωττωωπσπτεωωωωτωωτωω==--=+=+=-=--++Γ 电极化矢量为
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所以有 ()22022p E i P P i P
P P t t
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从而电流矢量为 20p P J t J J E t
εω?=??+Γ=? 所以Maxwell 方程组可写成
20p m J J E t
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B E J t εω?+Γ=????=+????=--?
静电场中的电介质
3.1 填空题 3.1.1 电介质的极化分为（ ）和（ ）。 3.1.2 分子的正负电荷中心重合的电介质叫做（ ）电介质；在外电场作用下，分子的正负电荷中心发生相对位移形成（ ）。 3.1.3 如果电介质中各点的（ ）相同，这种介质为均匀电介质；满足（ ）关系的电介质称为各向同性电介质。 3.1.4 平行板电容器两极板间相距为0.2 mm ，其间充满了相对介电常数r ε=5.0的玻璃片，当 两极间电压为400 V 时，玻璃面上的束缚电荷面密度为（ ）。 3.1.5 一平行板电容器充电后断开电源，这时储存的能量为0w ，然后在两极板间充满相对介电常数为r ε的电介质，则电容器内储存的能量变为（ ）。 3.1.6 一平行板电容器，充电后与电源保持连接，然后使两极板间充满相对介电常数为r ε的 各向同性均匀电介质，这时两极板上的电量是原来的（ ）倍；电场强度是原来的（ ）倍；电场能量是原来的（ ）倍。 3.1.7 两个电容器1和2，串联以后接上电动势恒定的电源充电。在电源保持联接的情况下，若把电介质充入电容器2中，则电容器1上的电势差（ ），电容器1极板上的电量（ ）（填增大、减小、不变）。 3.1.8 一平行板电容器两板充满各向同性均匀电介质，已知相对介电常数为r ε，若极板上的自由电荷面密度为σ，则介质中电位移的大小D =（ ），电场强度的大小E =（ ）。 3.2 选择题 3.2.1 两个相距很近而且等值异号的点电荷组成一个（ ）。 A ：重心模型； B ：电偶极子； C ：等效偶极子； D ：束缚电荷。 3.2.2 可以认为电中性分子中所有正电荷和所有负电荷分别集中于两个几何点上，这称为分 子的（ ） A ：电介质； B ：电偶极子； C ：重心模型； D ：束缚电荷。 3.2.3 电偶极子的电偶极矩定义为（ ） A ：E p M ?=; B ：l q p =; C ：l q p ?=; D ：l q p ?= 3.2.4 在电场E 的作用下，无极分子中正负电荷的重心向相反方向作微小位移， 使得分子偶 极矩的方向与场强E 一致，这种变化叫做（ ） A ：磁化； B ：取向极化； C ：位移极化； D ：电磁感应。 3.2.5 在真空平行板电容器的中间平行插一片介质，当给电容器充电后，电容器内的场强为（ ） A ：介质内的电场强度为零； B ：介质内与介质外的电场强度相等； C ：介质内的场强比介质外的场强小； D ：介质内的场强比介质外的场强大。 3.2.6 一平行板真空电容器，充电到一定电压后与电源切断，把相对介质常数为r ε的均匀电介质充满电容器。则下列说法中不正确的是（ ） A ：介质中的场强为真空中场强的r ε1 倍；
介电常数
液体与固体介电常数的测量 实验目的: 运用比较法粗测固体电介质的介电常数，谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。 实验原理： 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /10 85.812 0-?=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1 kHz 时的电容量C 。 比较法： 比较法的电路图如下图所示。此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。 图一：比较法电路图
谐振法： 1、交流谐振电路： 在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由振荡。若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。RLC 串联谐振电路如下图所示 : 图二：RLC 串联谐振电路 其中电源和电阻两端接双踪示波器。 RLC 串联电路中电压矢量如图三所示。 图三：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图 电路总阻抗：Z == L V →-R V →
回路电流：V I Z == 电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωω???- ?=- ? ??? 在以上三个式子中，信号源角频率 2f ωπ=，容抗1 C Z C ω= ，感抗L Z L ω=。?i ＜0，表示电流位相落后于信号源电压位相；?i ＞0，则表示电流位相超前。各参数随ω变化的趋势如右图所示。 ω很小时，电路总阻抗Z → ?i →π/2，电流的位相超前于信号源电压位相，整个电路呈容性。ω很大时，电路总阻抗Z →, ?i →- π/2 ，电流位相滞后于信号源电压位相，整个电路呈感性。当容抗等于感抗时，容抗感抗互相抵消，电路总阻抗Z=R,为最小值，而此时回路电流则成为最大值I max = V i /R ，位相差?i =0，整个电路呈阻性，这个现象即为谐振现象。发生谐振时的频率f 0称为谐振频率，此时的角频率ω0即为谐振角频率，它们之间的关系为： 0002f ωωωπ== == 找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值， 就可以得出C 的大小。
介电常数
脆化温度brittle temperature 塑料低温力学行为的一种量度。以具有一定能量的冲锤冲击试样时，当试样开裂几率达到50％时的温度称脆化温度。 屈服点（yield point） 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2， （MPa=10^6(10的6次方）Pa，Pa： 帕斯卡=N/m2）2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规
定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？[科学电力 ] 收藏转发至天涯微博 悬赏点数 10 6个回答 屋里有灯不黑啊2009-05-12 10:15:37 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？ 回答 换一张 码：
登录并发表取消 回答 heyerijue2009-05-12 10:15:55 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permeablity),又称诱电率. 介电强度（dielectric strength）是指单位厚度的绝缘材料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值，单位是 kV/mm。包括塑料 010********-05-12 10:16:02
矿物的介电常数及电阻
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 矿物的介电常数及电阻 各类矿物的介电常数及电阻,包括重晶石,石英,金刚石,锡石等矿物 西安天道矿产品研究院专注于选矿技术研究与服务，专业攻坚克难，深入矿山解决具体问题，有效将试验过程和生产成本、投资、可操作性、环保等进行综合研究，为矿山提供经济效益最好、切实可行的工艺流程，实现了成果与生产实践的成功对接，形成了特有的服务优势。 矿虫说矿之一 在选矿界，经验重视程度普遍大于试验!毫无疑问，一个经验丰富的人，可以让一座矿山起死回生!值得肯定! 但经验甚至技术基本都是前几十年的积累，无可争辩的是，以前的矿石性质普遍要优于现今! 目前矿石性质主要为：贫，杂，害，细! 但国家政策要求为：节能，环保，回收! 单纯靠经验的时代一去不复返，个人经验与团队研发优势差异愈加明显! 然而遗憾的是，大多数中，小矿业投资人的依然停留在数十年前的思维!人多力量大，靠关系，靠经验，靠运气，一个人决定矿山命运等这些思维模式! 经验能救矿于一时，却不能救矿于时时!唯有重视选矿技术，改变传统思维观念，做到重经验，靠试验，创技术，真正落实技术强于人数科学观念!这是现代矿业发展的必由之路! 科学开矿，人人有责!矿虫将致力于提高全民技术选矿意识而奋斗! 矿虫说矿之二 我坚信之所以好多矿友走了弯路，是因为对矿的不了解，不熟悉，不清楚什么步骤做什么?还有长期对人们普遍对地质，勘探，采矿等的重视，因为之前的好多年里，只要能找到矿藏，挖出矿藏，大多就相当于得到了最后的产品!长此下去，对于选矿这个环节有太多忽视!然而，现在不仅要问哪里有矿?更要问能回收多?能不能搞出来产品?人们开始意识到这一点了!但是，依然有好多矿友
介电常数
实 验 报 告 00系 2007级 姓名 宁盛嵩 日期 2008-11-24 台号 8号台 实验题目:简易介电常数测试仪的设计与制作 88 实验目的: (1)了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围; (2)掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法; (3)用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。 实验原理: 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数ε r 来表示，通常采用 测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== （1） 式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /10 85.812 0-?=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 一、替代法 当实验室无专用测量电容的仪器，但有标准可变电容箱或标准可变电容器时，可采用替代法设计一简易的电容测试仪来测量电容。这种方法的优点是对仪器的要求不高，由于引线参数可以抵消，故测量精度只取决于标准可变电容箱或标准可变电容器读数的精度。若待测电容与标准可变电容的损耗相差不大，则该方法具有较高的测量精度。 替代法参考电路如图2.2.6-1(a)所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。将开关K 2打到B 点，让标准电容箱C s 和交流电阻箱R s 替代C x 调节C s 和R s 值，使I s 接近I x 。多次变换开关K 2的位置(A,B 位)，反复调节C s 和R s ，使X S I I =。假定C x 上的介电损耗电阻R x
导电系数及介电常数
导电系数就是电阻率。 铜---1.72×10-8Ω·m。 铝---2.8×10-8Ω·m 是测出来的 电阻率 (1)定义或解释 电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。 (2)单位 国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米，常用单位是欧姆·平方毫米/米。 (3)说明 ①电阻率ρ不仅和导体的材料有关，还和导体的温度有关。在温度变化不大的范围内，：几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ=ρo(1+at)。式中t是摄氏温度，ρo是O℃时的电阻率，a 是电阻率温度系数。 ②由于电阻率随温度改变而改变，所以对于某些电器的电阻，必须说明它们所处的物理状态。如一个220 V 1OO W电灯灯丝的电阻，通电时是484欧姆，未通电时只有40欧姆左右。 ③电阻率和电阻是两个不同的概念。电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性，电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性 【介电常数】又称为“电容率”或“相对电容率”。在同一电容器中用某一物质作为电介质时的电容与其中为真空时电容的比值称为该物质的“介电常数”。介电常数通常随温度和介质中传播的电磁波的频率而变。电容器用的电介质要求具有较大的介电常数，以便减小电容器的体积和重量。 导电系数就是电阻率.电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。 导体的导电性能 跟密度无关，导电性能只取决于电阻R大小，而R=电阻率*导体长度/导体横截面积，电阻率取决于材料，每种材料电阻率是一定的，而你看到的导电行和密度成正相关关系只是片面的结论，银密度比金小导电性却比金好就是反例 我楼上这位兄台说的很好，不过我可以再补冲的更详细些：每种导体的导电性能一定的跟本原因取决于，它的原子核外的电子层数跟最外自由层自由电子数，层数越多，自由电子数越多导电性能越好 特定物质的电阻大小由其材料的导电系娄,长度和截面积决定. 导休之所以能导电在于其存在可自由移动的电荷. 对于溶液型导体,通常为电解质溶解于溶剂中而形成,显然其中存在大量的正负离子与可移动电荷. 而金属导体,其晶体结构中原子核是紧密排布的,但是它的外层电子通常处于游离态,容易作定向的流动,故而容易导电. 而绝缘体通常为分子晶体或者原子晶体,分子晶体以有机材料物体居多的.它们形成晶体主要依靠分子间相互吸引的范德华力,不存在可移动的电子.而原子晶体则以原子间紧密排布形成,也不存在大量可移动电荷. 但是值得注意的是石墨,它是电的良导体,其实它并不是纯粹的原子晶体而是一复杂的混合型晶体.
介电常数
介电常数 一、介电常数的基本简介 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，在相同的原电场中真空中的电场与某一介质中的电场的比值即为相对介电常数(permittivity),又称相对电容率，以εr表示。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数（又称电容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*e-12,F/m。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 二、介电常熟的解释 “介电常数”在工具书中的解释 1．又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。相对介电常数愈小绝缘性愈好。空气和CS2的ε值分别为1.0006和2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为 83.83，与温度有关。 2．介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂，有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。介电常数用ε表示。 “介电常数”在学术文献中的解释 1.介电常数是指物质保持电荷的能力，损耗因数是指由于物质的分散程度使能量损失的大小。理想的物质的两项参数值较小。k 2.介质常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子.通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强 3．介电常数是指在同一电容器中用某一物质为电介质与该物质在真空中的电容的比值.在高频线路中信号传播速度的公式如下：V=K 4.通常将相对介电常数均称为介电常数.反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和透射波的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射体的电导率和介电常数。
折射率与介电常数之间的关系
折射率与介电常数之间的关系 1 可见光和金属间的相互作用 可见光入射金属时，其能是可被金属表层吸收，而激发自由电子，使之具有较高的能态。当电子由高能态回到较低能态时，发射光子。金属是不透光的，故吸收现象只发生在金属的厚约 100nm 的表层内，也即金属片在 100nm 以下时，才是“ 透明” 的。只有短波长的X －射线和γ －射线等能穿过一定厚度的金属。所以，金属和可见光间的作用主要是反射，从而产生金属的光泽。 2 可见光和非金属间的作用 1) 折射 当光线以一定角度入射透光材料时，发生弯折的现象就是折射 （ Refraction ），折射指数n 的定义是： 光从真空进入较致密的材料时，其速度降低。光在真空和材料中的速度之比即为材料的折射率。 如果光从材料 1 ，通过界面进入材料 2 时，与界面法向所形成的入射角、折射角与材料的折射率、有下述关系：
介质的折射率是永远大于 1 的正数。如空气的 n= ，固体氧化物 n= ～，硅酸盐玻璃 n= ～。不同组成、不同结构的介质，其折射率不同。 影响 n 值的因素有下列四方面： a) 构成材料元素的离子半径 根据 Maxwell 电磁波理论，光在介质中的传播速度应为： μ 为介质的导磁率， c 为真空中的光速，ε 为介质的介电常数，由此可得： 在无机材料这样的电介质中，μ ＝ 1 ，故有 说明介质的折射率随其介电常数的增大而增大。而介电常数则与介质极化有关。由于电磁辐射和原子的电子体系的相互作用，光波被减速了。
当离子半径增大时，其介电常数也增大，因而 n 也随之增大。因此，可以用大离子得到高折射率的材料，如 PbS 的 n= ，用小离子得到低折射率的材料，如 SiCl 4 的 n= 。 b) 材料的结构、晶型和非晶态 折射率还和离子的排列密切相关，各向同性的材料，如非晶态（无定型体）和立方晶体时，只有一个折射率 (n 0 ) 。而光进入非均质介质时，一般都要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别有两条折射光线，构成所谓的双折射。这两条折射光线，平行于入射面的光线的折射率，称为常光折射率 (n 0 ) ，不论入射光的入射角如何变化，它始终为一常数，服从折射定律。另一条垂直于入射面的光线所构成的折射率，随入射光的方向而变化，称为非常光折射率 (n e ) ，它不遵守折射定律。当光沿晶体光轴方向入射时，只有 n 0 存在，与光轴方向垂直入射时， n e 达最大值，此值为材料的特性。 规律：沿着晶体密堆积程度较大的方向 n e 较大。 c) 材料所受的内应力 有内应力的透明材料，垂直于受拉主应力方向的 n 大，平行于受拉主应力方向的 n 小（提问：为什么）。 规律：材料中粒子越致密，折射率越大。 d) 同质异构体
介电常数的测定 (4)
介电常数的测定 0419 PB04204051 刘畅畅 实验目的 了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。 数据处理与分析 （一）原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出r ε，它们满足如下关系： 00r Cd S εεεε= = 式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数，12 08.8510/F m ε-=?，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 （二）实验过程及数据处理 压电陶瓷尺寸： 直径： 0.9524.7840.063D mm v mm == 厚度： 0.950.2720.043H mm v mm == 一．根据所给仪器、元件和用具，采用替代法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 在实验中采用预习报告中的图()a 连接电路，该电路为待测电容Cx 、限流电阻0R 、安培计与信号源组成的简单串联电路。接入Cx ，调节信号源频率和电压及限流电阻0R ，使安培计读数在毫安范围内恒定（并保持仪器最高的有效位数），记下Ix 。再换接入Cs ，调节Cs 与Rs ，使Is 接近Ix 。若Cx 上的介电损耗电阻Rx 与标准电容箱的介电损耗电阻Rs 相接近，即Rx Rs ≈，则Cx Cs =。 测得的数据如下： 输出频率 1.0002~1.0003kHz 输出电压 20V
Ix=1.5860mA Is=1.5872mA Cs=0.0367F R=1000μΩ Is Ix ≈。此时Rx Rs ≈，有Cx Cs ≈。所以Cx = Cs = 0.0367 F μ。 63 212 2 2 30012 00.0367100.272102339.264024.784108.8510 3.1422r Cd CH C N m S D εεεεεπ------???=== = =?????????? ? ? ?? ?? 二．用比较法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 在Rx Rs ≈的条件下，测量Cx 与Cs 上的电压比Vs Vx 即可求得Cx ： Vs Cx Cs Vx =? （Vs 可以不等于Vx ） 测得的数据如下： 输出频率 1.0003~1.0004kHz 输出电压 20V Vx = 3.527V Vs = 3.531V Cs = 0.0367F R = 1000μΩ Rx Rs ≈。Cx 与Cs 上的电压比 3.5270.9988673.531 Vs Vx == 683.527 0.036710 3.6658103.531 Vs Cx Cs F Vx --∴=?=??=? 83 212 2 2 30012 0 3.6658100.272102336.586924.784108.8510 3.1422r Cd CH C N m S D εεεεεπ------???=== = =?????? ???? ? ? ?? ?? 三．用谐振法设计一台简易的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数r ε。 由已知电感L （取1H ），电阻R （取1k Ω）和待测电容Cx 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，伏特计上指示最大，则电容可由下式求出： 22 14Cx f L π= 式中f 为频率，L 为已知电感，Cx 为待测电容。
大学物理实验介电常数的测量的讲义
固体与液体介电常数的测量 一、实验目的: 运用比较法粗测固体电介质的介电常数，运用比较法法测量固体的介电常数,谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。 二、实验原理： 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120 -?=ε，S 为样品的有 效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 替代法： 替代法的电路图如下图所示。此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。
谐振法： 1、交流谐振电路： 在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由电振荡。若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。RLC 串联谐振电路如下图所示: 图一：RLC 串联谐振电路 其中电源和电阻两端接双踪示波器。 电阻R 、电容C 和电感L 串联电路中的电流与电阻两端的电压是同相位的，但超前于电 容C 两端的电压2π ，落后于电感两端的电压2π ，如图二。 图二：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图 电路总阻抗：Z = = L V → -R V →
介电常数的测量
实验七 介电常数的测量 ε和损耗角tgδ的温度和频率特性，可以获取物质内部 测量物质在交变电场中介电常数 r 结构的重要信息。DP—5型介电谱仪内置带有锁相环(PLL)的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的锁定放大测量电路，具有弱信号检测和网络分析的功能。对填充介质的平行板电容器的激励信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量，检测介电频率谱和温度谱。作为大学物理实验的内容，具有测量精度高、方法新颖、知识性和实用性强等特点。 [目的要求] ε和损耗角tgδ的温度和频率特性。 1．学习用介电谱仪测量物质在交变电场中介电常数 r 2．了解带有锁相环(PLL)的正弦频率合成信号源和锁定放大测量电路的原理和结构。 3．掌握对信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量的方法。 [实验原理] 图1测量原理图 原理如图1所示.置于平板电极之间的样品，在正弦型信号的激励下，等效于电阻R和电容C的并联网络。其中电阻R是用来模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损失。若极板的面积为A，间距为d，则： R=d/Aσ， C=εA／d， tgδ=1／ωRC=σ／ωε 式中ε=εoεr，εo为真空介电常量，σ为与介电极化机制有关的交流电导率。设网络的复阻抗为Z，其实部为Z’，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)，通过样品的电流由运放ICl转化为电压Vz：(样品信号)，用V’s，V″s和V″z分别表示其实部和虚部，则有：Vz＝RnVs／Z， σ=K(V’sV’z+V″sV″z)， ωε=K(V’sV″z-V″sV’z) tgδ=(V’sV’z+V″sV″z)/ (V’sV″z-V″sV’z) 式中K=d／ARn(V’sV’s+V″sV″s)。 电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和π／2移相器IC3实现分离后测量。IC2的作用是将被测正弦信号Vz(或Vs)与同频率的相关参考方波Vr相乘。本系统测量时通过移相微调电路使Vr和vs同相位，即Vs的虚部V″s=O，测量公式简化为： σ=K’V’z， ωε=K’V″z, tgδ=V’z/V″z
介电常数
介电常数 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity)，又称诱电率，与频率相关。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。 介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，理想导体内部由于静电屏蔽场强总为零，故其介电常数为无穷。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。 电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量：首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算εr=Cx/C0。 真空介电常数：ε0＝8.854187817×10-12F／m。ε0和真空磁导率μ0以及电磁波在真空传播速率c之间的关系为。真空平行板电容器的电容为，若取S为 单位面积，d为单位距离，则C＝ε0，真空电容率的名称即源于此。 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米。需要强调的是，一种材料的介电常数值与测试的频率密切相关。 介电常数愈小，说明此介质产生的感应电荷削弱原外加电场的能力愈小（有可能此介质在外加电场时产生的感应电荷少），即原外加电场减少的愈少，原外加电场与削弱后的原外加电场的比值愈小，此介质的绝缘性愈好，导电性愈弱。 电容率，是在电磁学里，介电质响应外电场的施加而电极化的衡量，称为电容率。在非真空中由于介电质被电极化，在物质内部的总电场会减小；电容率关系到介电质传输（或容许）电场的能力。电容率衡量电场怎样影响介电质，怎样被介电质影响。电容率又称为“绝对电 容率”，或称为“介电常数”。 绝对电容率： 绝对电容率，描述电介质极化性能的物理量。其与电场强度之乘积等于电位移，即εE=D。 电介质的电容率ε与真空电容率ε0之比称为该电介质的相对电容率εr ，εr＝ε／ε0是无量纲的纯数，εr与电极化率χe的关系为εr＝1＋χe。
介电常数测量
测量介电常数的方法探究 班级: 姓名: 序号: 学号: 学院:
测量介电常数的方法探究 介电常数应用在科技的方方面面，但是如何测得介电常数以保证需要呢，本文就几种主流测量方法进行了探究。 主流的测量介电常数的方法即空间波法和探针法。 空间波法：空间波法是一种介电常数的实地检测法。用该方法测量介电常数时，可以将测量仪器拿到被测物所在位置进行无损的实地测量，可获得最接近微波遥感真实值的介电常数。 微波遥感的典型目标，如土壤、沙地岩石、水体、冰雪、各类作物、各类草地、森林等，当其表面统计粗糙度远远小于所使用的波长时可用菲涅尔反射系数描述其介电常数与观测角之间的关系： R ∥ =（cosθ- εr?sin2θ）/（cosθ+ εr?sin2θ）（1） R ⊥ =（εr cosθ- εr?sin2θ）/（εr cosθ+ εr?sin2θ）（2） 其中εr为目标物的相对介电常数，R ∥为水平极化反射系数，R ⊥ 为垂直极化反 射系数，θ为入射角。只要测得以上参数，经过绝对定标或者相对定标后，通过数学运算就可以反演得到介电常数。 空间波测量介电常数是利用菲涅尔反射定律进行的，要求所用波长大于被测目标的统计粗糙度，在粗糙度大时会影响精度，这时必须引入粗糙度修正量。可以利用加大观测角以提高粗糙表面物的测量精度，从实际中，对土壤、草丛、冰的测量结果看是比较好的。 探针法：在探针法实地测量介质介电常数时，探针的位置一般有两种：即全部没入待测介质中和探针位于空气和介质构成的接触面上。在两种情况下，样品的介电常数都可以通过在非谐振时测量的反射波、传输波或者谐振时测量的谐振频率和3dB带宽等参数来反演得到。 探针法测量介电常数，可以使用的探针有：单极振子、波导和同轴线等。相对于其他探针，单极振子的结构简单，测量方便，且可以获得相对比较精确地测量结果，是目前探针法实地测量介电常数研究中的一个热点。 单极振子：用单极振子探针法测量介电常数主要是通过测量反射系数ρ、 天线的输入阻抗Z n （或导纳Y）、S参数、天线谐振长度h r 和激励电阻抗R r 或谐 振频率f s 和3dB带宽的变化等来反眼。这些放发根据原理和测量值的不同可以 分为反射法、传输发和谐振法。 波导探针：微波可以穿透介质并且在不连续点产生的反射波与介质的电特性有关，由此发展了许多使用微波非破坏性技术来测量材料在微波频率的电磁性质。现有一种在8-12GHz频率范围内使用一个边缘开端矩形波导探针同时测材料的复介电常数和导磁率的技术。在该技术中，由非连续接触面的边界条件，得到了关于未知孔径电厂的两个积分等式（EFLE`s）。假定探针孔径中的总电场不仅包 括TE 10 模，而且还有无限的高阶模式，由矩量法可以解决EFLE`s。当孔径的电厂精确决定之后，其他相关的系数如主模下探针的输入导纳和反射系数等，都可以计算出来，从而很容易得到介质的介电常数。
偶极矩介电常数汇总
溶液法测定极性分子的偶极矩 一、实验目的 了解电介质极化与分子极化的概念，以及偶极矩与分子极化性质的关系。掌握溶液法测定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术，用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。 二、实验原理 德拜（Peter Joseph William Debye ）指出，所谓极性物质的分子尽管是电中性的，但仍然拥有未曾消失的电偶极矩，即使在没有外加电磁场时也是如此。分子偶极矩的大小可以从介电常数的数据中获得，而对分子偶极矩的测量和研究一直是表征分子特性重要步骤。 1、偶极矩、极化强度、电极化率和相对电容率（相对介电常数） 首先定义一个电介质的偶极矩（dipole moment ）。考虑一簇聚集在一起的电荷，总的净电荷为零，这样一堆电荷的偶极矩p 是一个矢量，其各个分量可以定义为 ∑∑∑===i i i z i i i y i i i x z q p y q p x q p 式中电荷i q 的坐标为),,(i i i z y x 。偶极矩的SI 制单位是：m C ?。 将物质置于电场之中通常会产生两种效应：导电和极化。导电是在一个相对较长的（与分子尺度相比）距离上输运带电粒子。极化是指在一个相对较短的（小于等于分子直径）距离上使电荷发生相对位移，这些电荷被束缚在一个基本稳定的、非刚性的带电粒子集合体中（比如一个中性的分子）。 一个物质的极化状态可以用矢量P 表示，称为极化强度（polarization ）。矢量P 的大小 定义为电介质内的电偶极矩密度，也就是单位体积的平均电偶极矩，又称为电极化密度，或 电极化矢量。这定义所指的电偶极矩包括永久电偶极矩和感应电偶极矩。P 的国际单位制 度量单位是2 -?m C 。为P 取平均的单位体积当然很小，但一定包含有足够多的分子。在一个微小的区域内，P 的值依赖于该区域内的电场强度E 。 在这里，有必要澄清一下物质内部的电场强度的概念。在真空中任意一点的电场强度E 的定义为：在该点放置一个电荷为dq 的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受
介电—频率特性
实验介电—频率特性 一、实验目的 本实验通过测定室温时高频陶瓷介电常数ε及损耗角正切值tanδ，了解掌握常用的Q表的基本原理及正确使用Q表测量高频陶瓷介质的ε及tanδ的方法，通过室温下测试ε及tan δ随频率变化的情况，分析陶瓷介质的极化原理。 介质材料的介电常数和介电损耗随频率发生变化。了解介质材料的介电—温度特性，以便正确的认识、改进与使用这些材料。 1. 通过测定室温时高频陶瓷介电常数ε及损耗角正切值tanδ，了解掌握1910测量仪的基本原理。 2. 正确使用1910测量仪测量高频陶瓷介质的ε及tanδ的方法。 3. 通过室温下测试ε及tanδ随频率变化的情况，分析陶瓷介质的极化原理。 三、实验原理 介电系数是表征介质储存电荷能力的，是介质的特性参。 介电系数是衡量介质极化行为，或该电介质储存电荷能力的重要参数，通常又叫介电常数或电容率。ε=1.44Ch/D2 对于电子陶瓷来说是一个非常重要的参数，根据用途的不同，对瓷料的介电系数要求不同．如装置瓷、电阻瓷、电真空瓷要求介电系数为 2～12这一范围内，如介电系数值较大则会造成线路的分布电容太大，以至影响线路的参数。 陶瓷介质材料在电场作用下能储存电荷，但同时总是或多或少把一部分电能转变成热能，即瓷体要发热而消耗能量。电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的电能叫做介质损耗，用P来代表。 在直流电场作用下介质损耗仅由电导引起，此时介质中电场能量的损耗(损耗功率)为P=U2/R=GU2设介质两极板重合的面积为S(cm2)，介质厚度为h(cm)，则单位体积中的介质损耗称为介质损耗率。 介质损耗率的单位为(w／cm2)，在一定的直流电插强度下，介质损耗率取决于电导率或电阻率的大小。 在交变电场下，除了电导(漏导)损耗外，还有周期性变化的极化过程存在，这种极化过程需要克服阻力而引起损耗，因此介质损耗还与介质内的极化过程有关。 交流下介质损耗可利用有损耗介质电容器的等效电路来分析研究，即用一个理想电容器(不产生损耗的电容器)和一个理想的电阻来等效描述介质在交流电压下的损耗情况。 无损耗电容器的电流和电压的相位差为900，而有损耗电容器的电流与电压的相位差则小于900，减小的角δ称为损耗角。tagδ=Pa/Pc 无线电陶瓷的损耗角一般都很小，小于10。 二、实验设备 一、仪器用途： 用于电介质（无机、有机）材料介电常数ε、介电损耗tgδ、交流电阻R、电感L、品质因数Q值的测量。金属及磁性材料电感l的测量。铁电压电材料等效阻抗Z及导纳G的测量。可以测量介电常数和损耗随频率的变化等。
塑料介电性能知多少
塑料介电性能知多少.txt两个人吵架，先说对不起的人，并不是认输了，并不是原谅了。他只是比对方更珍惜这份感情。当速度越来越高时，计算机和其他电器的频率也不断升高。许多系统现在的工作频率范围都在1-10GHz之间，而新的应用频率则更高达20GHz。 理解这些设备所用材料如何在这样的频率下工作是设计师面临的一个挑战。对于塑料电子产品而言，了解聚合物的化学性能、添加剂、部件的厚度以及熔体的流动方式等的微妙的影响是选择理想的树脂、设计和制造出期望部件的关键。 塑料一般是绝缘的，但是在高频状态下，它们也可以传播一定电能。材料的绝缘性能一般用介电常数Dk以及耗散因子DF来表示。目前，在频率1Ghz以上反应塑料介电常数表现的数据相对来说比较少。 为了说明一组塑料的介电常数Dk和耗散因子DF的不同，本文概括了最近对通常用于电子器件中的液晶聚合物的高频测试结果。 主要的介电性能 反应塑料介电性能的最重要的两个参数是介电常数和耗散因子。Dk反映的是绝缘体如何积蓄电能，从而使电子元件相互绝缘，并与地面绝缘。Dk是两种材料电容值的比：一种作为介电物质的电容与空气或真空作为介电物质的电容之比，这个值在设计开关、电路、微波装置、RF传送线路、天线和导波装置时具有重要的参考价值。 材料的导电性能越好，其Dk越大。真空或干燥的空气是非常低的介电物质。从定义来看，Dk等于或接近1.0。水的介电常数Dk非常高，许多金属氧化物和陶瓷、云母、玻璃和塑料的Dk值均较低或很低。 物质具有好的介电性能往往意味着耗散因子DF低。也即，它们不会让所获得的电荷很容易地分散出去，不会像热能那样容易丧失，因为介电场在高频状态下很容易反转。DF代表了介电材料的损耗。它是损耗系数(衡量介电物质所有丢失的电荷的指标)与材料介电常数之比。 Dk是将电子结构制成具有所需的阻抗的关键设计变量。电子元件中Dk小到0.1的细微的变化就可以改变仪器的性能。随着系统变得越来越复杂，小的Dk值就越发显得重要。 因此，认识在1至20Ghz之间塑料介电常数的变化就非常迫切，需要掌握的知识还包括影响Dk的各种材料、设计和终端使用变量。 LCPs的检测 塑料中的Dk与聚合物的极性有非常密切的关系。如，PTFE和聚丙烯的Dk很低，尼龙则比较高。液晶聚合物(LCPS)的Dk在塑料中属于中高层次的水平，而在耐高温热塑性材料中则是最低的。 LCPs是芳香型聚酯材料家族中的一员，常用于薄壁成型铸塑件，如具有很高植针密度的复杂的开关接头中。因为这种材料具有卓越的流动性，在狭窄的壁部，强度很高。LCPs同样
微波范围金属介电常数和磁导率的获取
微波范围金属粉末有效介电常数和磁 导率的获取 摘要 在本文中，微波范围内金属与绝缘体混合物的有效电介电常数和磁导率的获取来源与电磁全3维仿真数据。其中使用的数值分析方法的边界条件是有限的集成技术。模拟混合物有周期性扩展方向并垂直与平面波方向。因此，它足以分析单元元素以提取有效的电磁特性。使用这个程序，用2.45 GHz的微波频率辐射模拟细铜粉的行为。这样，就可以研究粒子大小与混合物有效属性的关系了。通过引入薄铜氧化物或导电层，在烧结的早期阶段可以模拟金属粉末压块的有效属性。因此，本文力求通过对比散装金属材料，提高对导电材料的微波吸收机理的认识。 在过去的几十年里，科学界和工业界早就有了微波烧结陶瓷粉末的技术[1]。与传统加热方法相比，微波加热允许对材料进行整个体积的加热，从而节省时间和减少能源消耗。此外，高频加热金属碳化物是一种微波加热与传统加热相结合的方法，可加速微波吸收少的材料的加热过程，如大多数氧化物和氮化物。快速、可控加热方法和细粉的使用促成较小的晶粒尺寸和更均匀的晶粒尺寸分布，提高了烧结材料的力学性能。 最近，微波加热已成为金属粉末加工的一个强大工具。据报道1999年罗伊等人[2]报道，多孔金属粉末压块缩受到微波辐射电场或磁场会被加热，然而众所周知，微波不能穿透大部分金属以外的皮肤深度，因此不能在微波炉里深热金属。罗伊的结果表明，多孔金属粉末压块材料的有效介电和有效磁损失，对应于多空金属压块的有效介电常数和有效磁导率。 有很多实验研究微波加热金属粉末。在马等最近工作中[3]在磁场或电场单模腔中微波加热的铜粉（TE102），已经结合起来研究金属压块的电磁属性。论及用高频加热的预烧结阶段机理时，样品的电导率依赖性作为加热时间函数来衡量。 有两个重要的理论描述基于实验结果的金属粉末微波吸收机制。在罗等的工作中[4]——镍铁合金粉末的升温速率在理论上与功率吸收公式相关。Rybakov等[5]的论文描述了使用有效中介近似方法在近似薄氧化层金属粉末的微波吸收原理。 在本文中，我们研究利用有限的集成技术获得的金属粉末的电和磁特性（适合）[6]模拟。通过介绍了这些材料以及提取的混合物的有效参数的一个计算机模型，我们有机会认识金属粉末在千分尺规模微波吸收机制。计算机模拟是用先进
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能(实验报告)
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能 一．平行板谐振法测试原理 图 i Post Resonance Technique 实验测试装置如图i ，测试样品为圆柱状，放置在两个平行的金属板中，微波功率通过由样品和两个平行金属板组成的腔体耦合。输入和输出通过两个天线耦合。在某一频率下，该腔体的阻抗达到最小，即产生谐振，此时穿过的功率最大。该腔体的谐振特性可以通过一个矢量网络分析仪来得到直观显示。 实际测量中，常用TE011模来确定样品的介电性质。因为本测试装置可以在矢量网络分析仪上产生许多不同模式的谐振峰，本实验采用011T E 谐振模式（处于第二低的谐振频率处，最低的谐振频率是111H E 模式）。 本实验主要讨论介电常数的测量，至于电解质损耗和辐射损耗不做讨论。采用本测试方法的主要优势是 需要测量的参数有，样品厚度L 、样品直径D （D=2a ）和谐振频率0f 电介常数可以通过以下公式计算得到： ()2 22 0012r ci c k k λεπ?? =++ ??? （1） 2 2 200212co k L λπλ?????? =-?? ? ????????? （2） ()() () 0000110()ci c c ci ci c J k a k a K k a J k a k a K k a =- （3） 00 c f λ= （4） 其中， J 和k 分别为第一类Bessel 函数和修正Bessel 函数，通过（3）可以求出ci k （采用数值方法，matlab 程序见附录） 二.实验过程 测量的参数如下： L = 8.01mm, D = 14.06mm f0 = 4.421401GHz 根据（1）--（4）式，可以求出r ε值，计算的值如下： 0λ=68 mm 0c k =381.20 ci k =426.34 r ε=39.14 计算过程见附录。 三.讨论 本实验并未讨论损耗角及品质因数的测量，随之的辐射损耗及电损耗并未讨论。采用此方法，不能精确测量平行板的表面阻抗[1]，损耗角的测量也不准确;其次，样品的尺寸要求较大，若对于单晶体，很难制造[1]。可参考文献[2],有具体的改进方法。本方案的主要优势是计算的公式较完善，且很可靠。也因此，此方案仍被采用。 参考文献 [1] Sheen J 2005 Study of microwave dielectric properties measurements by various resonance techniques Measurement 37 123-30 [2] Sheen J 2008 A dielectric resonator method of measuring dielectric properties of low loss materials in the microwave region IOP Science Measurement Science and Technology 附录 %***************************************************** %******************* Post Resonance Technique *********** %*****************“微波测量之特别培养实验课”******** % Author:高永振 Date ：2012-5-3 clear all; format long; % 实验的基本参数