Temat: Wyznaczanie względnych przenikalności elektrycznych i strat dielektryków stałych

Cel:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie, dla wybranych ciał stałych, przenikalności elektrycznej ε', współczynnika strat dielektrycznych tg δ oraz przewodnictwa właściwego σ.

Metody pomiarów podstawowych parametrów dielektryków, czyli ε' i tg δ, są różne dla różnych zakresów częstotliwości pola elektrycznego. W obszarze częstotliwości radiowych stosuje się metody rezonansowe. Obwód rezonansowy składa się z cewki indukcyjnej i połączonych ze sobą równolegle dwóch kondensatorów. Jednym z nich jest kondensator pomiarowy o pojemności C₀, który może być wypełniany badanymi dielektrykami, a wtedy jego pojemność zmienia się na C_x, drugim jest kondensator o regulowanej pojemności C_z z precyzyjnym odczytem zmiany pojemności. Do części uzwojenia cewki tego obwodu jest włączony woltomierz jako wskaźnik dostrojenia.

Obwód rezonansowy jest słabo sprzężony indukcyjnie z generatorem prądu przemiennego o częstotliwości około 1 MHz. Prąd przemienny płynący w obwodzie generatora wytwarza w cewce zmienny w czasie strumień indukcji magnetycznej. Część tego strumienia wnika do cewki obwodu rezonansowego indukując w niej siłę elektromotoryczną indukcji (SEM). Wartość siły elektromotorycznej indukowanej w obwodzie rezonansowym zależy od zgodności częstości drgań wysyłanych obwodu z częstością pracy generatora. Optymalne dostrojenie rezonansu jest sygnalizowane przez maksimum napięcia na woltomierzu w obwodzie pomiarowym.

Kondensator plaski: pusty

Odległość między okładkami d [mm] Δd = 0,01mm	Położenie śruby mikrometrycznej l [mm] Δl = 0,01mm	Napięcie U [mV] ΔU = 10mV	Pojemność kondensatora C [pF] ΔC = 0,014pF
skręcanie
5,87	5,55	290	7,770
		5,38	270	7,532
		5,27	250	7,378
		5,14	230	7,196
		5,00	210	7,000
		4,87	190	6,818
		4,70	170	6,580
		4,50	150	6,300
		4,26	130	5,964
		3,92	110	5,488
		3,42	90	4,788
		2,55	70	3,570
		0,50	50	0,700
Rozkręcanie
5,87	5,55	290	7,770
		5,95	270	8,330
		6,10	250	8,540
		6,32	230	8,848
		6,56	210	9,184
		6,80	190	9,520
		7,07	170	9,898
		7,31	150	10,234
		7,72	130	10,808
		8,29	110	11,740
		9,10	90	12,740
		10,40	70	14,560
		13,55	50	18,970

Kondensator płaski: drewno

Odległość między okładkami d [mm] Δd = 0,01mm	Położenie śruby mikrometrycznej l [mm] Δl = 0,01mm	Napięcie U [mV] ΔU = 10mV	Pojemność kondensatora C [pF] ΔC = 0,014pF
Rozkręcanie
5,870	11,25	290	15,750
		11,70	270	16,380
		12,00	250	16,800
		12,25	230	17,150
		12,52	210	17,528
		12,80	190	17,920
		13,13	170	18,382
		13,54	150	18,956
		14,02	130	19,628
		14,65	110	20,510
		15,66	90	21,924
		17,30	70	24,220
		21,56	50	30,184
Skręcanie
5,87	11,25	290	15,750
		10,65	270	14,910
		10,40	250	14,560
		10,15	230	14,210
		9,87	210	13,818
		9,65	190	13,510
		9,29	170	13,006
		8,90	150	12,460
		8,41	130	11,774
		7,75	110	10,850
		6,80	90	9,520
		5,17	70	7,238
		1,30	50	1,82

niepewności pomiarowe są uwzględnione w wielkości punktów

Powierzchnię okładek liczymy ze wzoru
; S = 15,15cm², ΔS = 1,4cm²

Przenikalność elektryczna płytki ε'; Δε = 0,01	Straty dielektryczne tgδ Δtgδ = 0,014	Przewodnictwo σ·10^-3 Δσ = 0,01	Napięcie U [mV]
1,14	0,000	0,00	50
1,47	0,004	0,02	70
1,61	0,006	0,02	90
1,69	0,008	0,02	110
1,75	0,010	0,03	130
1,79	0,011	0,03	150
1,83	0,014	0,05	170
1,86	0,017	0,05	190
1,88	0,020	0,07	210
1,90	0,025	0,09	230
1,92	0,032	0,10	250
1,95	0,044	0,16	270
2,03	0,073	0,26	290
2,04
2,06
2,07
2,07
2,08
2,09
2,12
2,14
2,15
2,18
2,24
2,44

Wnioski:

---