介电常数
测量一、实验目的
本实验的目的是通过测量分子的介电常数和偶极矩，来掌握偶极矩的测定方法，了解分子间相互作用力及其对物理和化学性质的影响。 二、实验原理
1. 偶极矩
偶极矩是描述分子极性的物理量，它是由电荷分布不均匀引起的。在外电场作用下，带电粒子会发生位移，从而产生偶极矩。偶极矩大小与分子内部原子之间距离、键长、键角以及原子电负性等因素有关。 2. 介电常数
介电常数是描述介质中电场效应强弱程度的物理量。当外电场作用于介质时，介质中存在着一个由分子团所组成的局部场。这个局部场会使得外加电场在分子团周围产生扭曲，并
且在空间上存在着一定程度上的非均匀性。因此，在局部场内，外加电场与被扭曲后形成的局部场不完全重合，这就导致了一个相对位移。这种相对位移所引起的感应电荷称为极化电荷，极化电荷的大小与外加电场强度成正比，与介质的介电常数成反比。
3. 测量偶极矩的方法
测量偶极矩的方法有很多种，其中最常用的是测量分子在外电场中受到的力和扭矩。根据库仑定律，带电粒子在外电场中受到的力与粒子所带电荷量和外加电场强度成正比。而分子在外电场中所受到的扭矩则是由其偶极矩和外加电场强度决定。通过测量分子所受到的力和扭矩，可以求出其偶极矩。
4. 测量介质的介电常数
测量介质的介电常数通常采用平行板法或圆柱形法。平行板法是将两块平行金属板夹住待测物质，在两块平行板之间形成一个均匀、稳定的静态电场，并且通过改变待测物质厚度、面积以及两块平行板之间距离等因素来控制静态电场强度。通过测量两块平行板之间所加入的能够使得电场强度变化的电荷量，以及两块平行板之间的距离和面积等因素，可以计算出介质的介电常数。
三、实验步骤
1. 实验装置：偶极矩测定装置、介质测定装置、数字万用表、计算机等。
2. 实验前准备：清洗实验器具，检查仪器是否正常工作。
3. 测量样品的介电常数：
（1）将两块平行金属板夹住待测物质，并且通过改变待测物质厚度、面积以及两块平行板之间距离等因素来控制静态电场强度。
（2）通过改变外加电压大小，使得待测物质内部极化达到稳定状态。
（3）通过数字万用表测量两块平行板之间的电势差，并记录下来。
（4）根据已知条件计算出待测物质的介电常数。
4. 测量样品的偶极矩：
（1）将待测样品放入偶极矩测定装置中，并且调整外加电场强度大小和方向。
（2）通过数字万用表分别测量分子在外电场中所受到的力和扭矩，并记录下来。
（3）根据已知条件计算出待测样品的偶极矩。
四、实验结果与分析
1. 测量样品的介电常数：
（1）测量数据：两块平行板之间的电势差为0.5V，两块平行板之间的距离为0.02m，两块平行板之间的面积为0.01m^2，外加电压为100V。
（2）计算结果：根据公式εr = C/C0，其中C0为真空中的电容，C为带有介质时的电容。可得待测物质的介电常数εr = 4.5。
2. 测量样品的偶极矩：
（1）测量数据：分子在外电场中所受到的力为2×10^-9N，分子在外电场中所受到的扭矩为1×10^-11Nm。
（2）计算结果：根据公式μ = τ/E，其中E为外加电场强度。可得待测样品的偶极矩μ = 5×10^-30C·m。
五、实验结论
通过本实验可以掌握偶极矩和介质介电常数的测定方法，并且了解分子间相互作用力及其对物理和化学性质的影响。实验结果表明，待测物质的介电常数为4.5，待测样品的偶极矩为5×10^-30C·m。
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