一、目的意义
介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介电损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大而介电损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘机构和其他绝缘器件的材料则要求介电系数和介电损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，研究材料的介电性质具有重要的实际意义。 本实验的目的：
①探讨介质极化与介电系数、介电损耗的关系；
②了解高频Q表的工作原理;
③掌握室温下用高频Q表测定材料的介电系数和介电损耗角正切值。
二、基本原理
2。1材料的介电系数
按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同性的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后,固有偶极子和感应偶极子会沿电场方向排列,结果使电介质表面产生等量异号的电荷，即整个介质显示出一定的极性,这个过程称为极化。极化过程可分为位移极化、转向极化、空间电荷极化以及热离子极化.对于不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。
（1）材料的相对介电系数 介电系数是电介质的一个重要性能指标。在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电系数。此外,由于介电系数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式.所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究还可以推断绝缘材料的分子结构。
介电系数的一般定义为:电容器两极板间充满均匀绝缘介质后的电容，与不存在介质时(即真空)的电容相比所增加的倍数。其数学表达式为
（1)阳性
式中 ——两极板充满介质时的电容；
—-两极板为真空时的电容；
——电容量增加的倍数，即相对介电常数.
从电容等于极板间提高单位电压所需的电量这一概念出发,相对介电常数可理解为表征电容器储能能力程度的物理量。从极化的观点来看，相对介电常数也是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。
一般来讲，电介质的介电常数不是定值，而是随物质的温度、湿度、外电源频率和电场强度的变化而变化。
(2）材料的介质损耗 介质损耗是电介质材料基本的物理性质之一。介质损耗是指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量.在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗;在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。
从电介质极化机理来看,介质损耗包括以下几种:①由交变电场换向而产生的电导损耗；②由结构松弛而造成的松弛损耗;③由网络结构变形而造成的结构损耗;④由共振吸收而造成的共振损耗。
在工程中，常将介质损耗用介质损耗角正切来表示.现在讨论介质损耗角正切的表达式。
如图l所示，由于介质电容器存在损耗,因此通过介质电容器的电流向量,并不超前电压向量的,而是(）角度.其中，称为介质损耗角。如果把具有损耗的介质电容器等效为电容器与损耗电阻的并联电路，如图 (1-b)所示，则可得：
（2）
式中 —-电源角频率；
-—并联等效交流电阻；
—-并联等效交流电容。
通常称为介质损耗角正切值，它表示材料在一周期内热功率损耗与贮存之比,是衡量材料损耗程度的物理量。
2.2测量线路
通常测量材料介电系数和介电损耗角正切的方法有两种：交流电桥法和Q表测量法。其中Q表测量法在测量时由于操作与计算比较简便而广泛采用.本实验介绍这种测量方法.
图2 Q表测量原理图
宜为凯姆 （1）Q表测量介电系数和介电损耗角正切的原理 Q表的测量回路是一个简单的R-L—C回路，如图2所示。当回路两端加上电压V后,电容器C的两端电压为Vc，调节电容器C使回路谐振后，回路的品质因数Q就可用下式表示： （3）
式中 ——回路电阻;
L——回路电感;
C——回路电容.
由上式可知,当输入电压V不变时，则Q与Vc成正比。因此在一定输入电压下,V教育评价c值可直接标示为Q值。Q表即根据这一原理来制造。
介电系数和介电损耗角正切的推导如下.
值达到最大），谐振电容的读数为C1，Q表的读数为Ql。
接上试样后再调节C至谐振,谐振电容的读数为C2，Q表的读数为Q2.由于两次谐振L、f不变，所以两次谐振时的电容应相同，即
(4)
代入（1)得 （5）
其中为电容器的真空电容量.可根据实际的电极形状来计算。同样可以讨论的计算,得出以下结果：
（6）
式中：--为测试线路的分布电容和杂散电容；
慰安妇74分队、-—未接入试样前的电容值、Q值；
、-—接入试样后的电容值、Q值.
（2)电极系统 在测量材料的相对介电系数和介电损耗角正切时,电极系统的选择很重要,通常分为两电极系统和三电极系统。一般来说，在低频情况下，表面漏电流对介电损耗角正切的影响较大，必须采用三电极系统;而在高频情况下，一方面表面漏电流的影响较小，另一方面高频测量一般采用谐振法,该方法只能提供两个测试端，因此只能用二电极系统。
原子核物理评论
常用的两电极系统如图4所示。测量时把已粘贴或涂敷电极的试样放在比试样小得多的接地金属支柱上，电极用一根短而粗的裸线接到仪器的高压端。这种连接装置的目的是使引线对被测试样电容及损耗角正切的影响减至最小。
当采用二电极系统时，其平板试样与电极形状常为圆形。因此，介电常数的计算公式可具体写成：
（7）
式中 ——试样的厚度，m
——测量电极的直径，m；
、——同上.
在测量前，为了使试样与电极有良好的接触，试样上必须粘贴金属箔或喷涂金属层等电极材料。
三、实验器材
本实验需要以下设备、工具及试剂。
①高频Q表一台，包括电感箱及夹具.
②0.05mm的圆形锡膜，凡士林。
③软布条（或脱脂棉）；丙酮.
四、测试步骤
4。1试样和电极
①选取平整、无砂眼、条纹、气泡等缺陷，厚度为3～4mm的无应力的试样块,切成直径φ=25。4+4t的圆片3～5块。
②试样的清洁处理:用蘸有丙酮绸布擦洗干净。
③试样正常化处理：在一般情况下，应在温度为20±2℃和相对湿度为 65±5％的条件下处理16小时。 预处理结束后，将试样置于干燥器中冷却至测量环境待用。
④电极材料 规 格 要 求 适 用 范 围 铝 箔 锡 箔 铝铂或锡铂应退火，厚度不超过0.02毫米。 用凡士林油或变压器油作粘合剂，大小应与 上电极相同 常温下测量作为 接触电极 铜 工 作 面 光 洁 度 △7 。
4。2.仪器准备
1仪器应水平放在水平台上.
2校准Q值指示电表的机械零点.
3接通电源，预热10分钟以上，待仪器稳定后,就可进行测试。
4。3。高频线圈分布电容量C0的测量。
1将被测线圈接在“Lx”接线柱上，调主调电容器到最大电容数值,调信号源频率到谐振,令谐振时频率和调谐电容分别为和。
2将信号源频率调到（）,再调电容器刻度盘到谐振点,此时,电容读数为决定系数,根据下式即可求出分布电容量（测量时微电容置零）.
4。4.试样和的测量
1连一个适当的谐振电感到“Lx”端。
2主调电容器调到最大值附近，令这个电容是，如未知电容是小数值的，应调到较小电容值附近,以便得到尽可能高的分辨率。
3调讯号源的频率,使测试回路谐振，令谐振时的读数为。
4将二电极系统的上、下电极接线接在“Cx”的两接线柱上，从干燥器中取出试样，安放在两电极之间，安放时应注意上、下电极以及试样要同心，否则会影响测量值。
5调主调电容器，使测试电路再谐振，令新的电容值为和指示值为，被测电容的有效电容由下式给出：
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