西南大学电子信息工程学院
《电磁场与电磁波实验设计报告》
2013年10月10日
1 西南大学电子信息工程学院
2011级通信工程
实验设计报告
实验报告
实验题目：介电常数的测量实验设计
实验目的:
1，了解介电常数的相关知识和其相关应用。
2，掌握测量介电常数的相关原理与测量方法。 3，熟悉掌握课本知识，应用所学知识。
实验要求：
自己根据课本所学知识，应用学过知识自己设计实验测 量介电常数。
实验原理：
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中电场与原外加电场（真空中）的比值即为相对介电常数(permittivity， 不规范称 dielectric constant)，又称诱电率，与频率相关。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，场的强度会在电介质内有可观的下降。
电偶极矩（electric dipole moment）衡量正电荷分布与负电荷分布的分离状况，即电荷系统的整体极性。对于分别带有正电量 简单案例，电偶极矩p 为：
其中，d 是从负电荷位置指至正电荷位置的位移矢量。
电位移矢量：
电场强度等于自由电荷和极化电荷的叠加，为介电常数，移项得：
括号中项只与电荷密度有关，因此将括号中项称为电位移矢量，即：
(为真空介电常数 , 为此电介质的相对介电常数；P 为电极化强度; 国际单位制(SI)中 单位: C/m2 )
、负电量
的两个点电荷的
所以电场强度表示为：
Qe r
E =2
4πεr
电偶极矩与电位移矢量以及电场强度之间的关系为：
-ε0E P =D
Qe ε0Qe r qd =-
即： 4πr 24πεr 2
实验步骤：
1，在需要测量其介电常数的均匀介质中放入两个等量异性的正负电荷元，+q和-q 。多放置几次带不同电荷的电荷元。
2，测量这两个电荷元之间的距离d 。多次测量求平均值。
3, 连同均匀介质和两个电荷元一起，保持其相对位置不变，把他们一起放入充满Q 电荷的一个电场中，测量介质连同两个电荷元距离电场中电荷Q 的距离r 。测量多次取平均值。
实验数据：
数据处理：
对每一组进行如下处理，分别求出相应的D ，P,E 。
Qe r Qe
P =q d D =E =
4πr 2 4πεr 2
计算结果填入下表：
计算介质的介电常数 ε
Qe ε0Qe r qd =-2
4πr 4πεr 2
各次测量值计算的 ε 填入下表并取平均值
⎛Qe
ε= (ε0Qe r 2-qd
4πr ⎝
⎫
) ⎪⎭
π4r 2
实验分析：
1，不同介质的介电常数不同，选择合适的测量方法测得特定介质的介电常数
对我们了解介电常数本质，掌握材料电特性，以及对材料的相关应用分析至关重要。
2，实验中放入介质中的电荷元可以用测出，电场包围的电荷量Q 也可以应用相关方法测量出来。
3，实验中d 和r 的测量是实验中难度相对较大的部分，应该多次测量取平均值进行相关计算。
4，本实验的误差主要来自测量误差，即d 和r 的测量误差。
实验感想：
这次是自己运用课本上学过的相关知识，自己设计实验测量介质的介电常数，
主要考察我们对所学知识的灵活运用。通过设计实验能更好的掌握相关知识理论，对我们的思维有拓展作用。