Диэлектрическая проницаемость

Одной из основных характеристик диэлектрика является диэлектрическая проницаемость ε [3,10], так как она количественно определяет свойство диэлектриков поляризоваться и образовывать электрическую емкость. Для определения диэлектрической проницаемости веществ в данной лабораторной работе используется плоский разборный конденсатор (рис. 4.1.2). Конденсатор содержит верхнюю съемную пластину 2, нижнюю пластину 5 и диэлектрик 4. Окантовка 1 нижней пластины обеспечивает калиброванный зазор d₀ между пластинами. Конденсатор смонтирован на основании 3. Если на нижнюю пластину положен диэлектрик толщиной d>d₀, то расстояние между пластинами конденсатора равно толщине слоя диэлектрика.

Е

Рис. 4.1.2. Общий вид разборного конденсатора

мкость конденсатора определяют с помощью схемы, представленной на рис. 4.1.3. Вольтметр V₁ служит для измерения напряжения на выходе генератора синусоидального сигнала. Вольтметр V₂ измеряет падение напряжения на эталонном сопротивление R₀.

Емкость конденсатора вычисляется по формуле

, (4.1.6)

г де f - частота синусоидального сигнала на выходе генератора, U_R0 - напряжение на эталонном сопротивлении, U_C - напряжение на конденсаторе:

Рис. 4.1.3. Электрическая схема для определения емкости плоского разборного конденсатора

, (4.1.7)

где U₁ - выходное напряжение генератора.

Емкость конденсатора можно вычислить, зная его геометрические размеры:

, (4.1.8)

где ε₀ - диэлектрическая постоянная, S - площадь обкладок конденсатора. Если в качестве диэлектрика используется воздушное пространство, то ε = 1.

Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала ε можно определить, сравнивая емкость плоского конденсатора с исследуемым диэлектриком и емкость того же конденсатора, но уже с воздушным диэлектриком:

, (4.1.9)

где С - емкость конденсатора с исследуемым диэлектриком, С_В - емкость конденсатора с воздушным диэлектриком. Для случая, когда толщина диэлектрика меньше расстояния между пластинами, принимают d = d₀.

В данной лабораторной работе для измерения тангенса угла диэлектрических потерь диэлектрика tgδ используется измеритель добротности Е4-11 (рис. 4.1.4).

Е мкость и добротность реальных конденсаторов с помощью прибора Е4-11 определяют по формулам:

Рис. 4.1.4. Внешний вид измерителя

добротности Е4-11

, , (4.1.10)

при условии, что С_Х < 425 пФ. При достаточно больших емкостях исследуемых конденсаторов (С_Х > 425 пФ) используются формулы

, (4.1.11)

Порядок выполнения работы

Задание № 1. Ознакомление с устройством и принципом работы измерителя добротности Е4-11, подготовка прибора к работе.

Порядок выполнения задания

Подготовка прибора к работе

1. Для подготовки прибора к работе ручки управления поставьте в исходное положение: переключатель рода измерения «Q–Q» - в положение «Q»; переключатель пределов добротности «ПРЕДЕЛЫ Q» - в положение «НУЛЬ Q»; ручку «НУЛЬ Q» - в среднее положение.

2. Включите прибор в сеть. Для этого тумблер «СЕТЬ» переведите в положение «ВКЛ.», должна загореться сигнальная лампочка.

3. Проведите контроль прибора на функционирование. Для этого: ручкой «НУЛЬ Q» установите нуль прибора; переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» переведите в положение «КАЛИБР. Q»; ручкой «КАЛИБР. Q» проверьте запас калибровки (после знака ) по шкале измерительного прибора на всех поддиапазонах генератора.

4. Установите: переключатель поддиапазонов генератора на первый поддиапазон 30–50; переключателем «ЧАСТ.MHz» частоту 30 MHz по шкале генератора; переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» в положение 1000.

5. Подключите катушку индуктивности № 1, взятую из ЗИП, к клеммам «L_x».

6. Настройте ручкой «ЕМКОСТЬ pF» контур в резонанс по максимальному отклонению стрелки измерительного прибора; установите переключатель «Q – Q» в положение «Q»; проверьте ручкой «НУЛЬ Q» возможность установки нуля Q на середину шкалы; нажмите кнопку «» и проверьте перемещение шкалы измерительного конденсатора.

7. Отключите катушку индуктивности № 1 от клемм «L_x». После 30-минутного прогрева прибор готов к работе.

Подготовка прибора к проведению измерений

1. Проведите установку нуля прибора. Для этого установите: переключатель «Q – Q» в положение «Q»; переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» в положение «НУЛЬ Q»; ручкой установки нуля «НУЛЬ Q» - стрелку измерительного прибора на риску 0 шкалы Q.

2. Проведите калибровку прибора, дня чего установите: переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» в положение «КАЛИБР. Q»; переключатель поддиапазонов генератора на требуемый поддиапазон; ручкой «ЧАСТ. МHz» выберите требуемую частоту по шкале генератора; ручкой «КАЛИБР. Q» стрелку измерительного прибора переведите точно на риску под знаком .

3. Установите переключатель «ПРЕДЕЛЫ Q» в положение 30. Прибор готов к проведению измерений.

Задание № 2. Измерение тангенса диэлектрических потерь диэлектрика tgδ с помощью измерителя добротности Е4-11.