无机材料物理性能实验

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1、齐齐哈尔大学无机非金属材料专业无机材料物理性能课程实验指导书程伟东2014-10-10实验一测定无机非金属材料的介电常数一、实验目的1、掌握测定无机非金属材料介电常数的操作过程二、实验原理相对介电常数通常是通过测量试样与电极组成的电容、试样厚度和电极尺寸求得。相对介电常数(εr)测试可用三电极或二电极系统。对于二电极试样，由于方形电容Cx的计算公式是：（1）因此，待测材料的介电常数可以表示为：（2）式2中Cx为试样电容(法)，X为电极长度(米)，Y为电极宽度(米)，d为电极板之间的距离(米)，ε0=8.854187818×10-1

2、2法拉/米(F/m)。图1电容法测量材料介电常数示意图测试中，选择电极极为重要。常用的是接触式电极。可用粘贴铝箔、烧银、真空镀铝等方法制作电极，但后者不能在高频下使用。低频测量时，试样与电极应屏蔽。在高频下可用测微电极以减小引线影响。在某些特殊场合，可用不接触电极，例如薄膜介电性能测试和频率高于30兆赫时介电性能的测量。三、实验仪器PGM—2型数字小电容测试仪、玻璃刀、玻璃板、游标卡尺、铝质平板电极、连接导线四、实验步骤1、采取边长为100×100mm的正方型玻璃板，记录电极板的长X、宽Y以及实际玻璃板的厚度d。2、按照图1连接仪

3、器。3、开启数字电容仪。4、松开电极板紧定螺丝，将上电容板台到适当高度，在中间放入一块测量好的玻璃，使上下电容板与玻璃板相接触，然后旋紧固定螺丝。5、读取电容数字。6、然后重复4、5步骤，将玻璃板换成2-5块，分别测出其电容值。7、结束实验，关闭仪器。实验数据序号介电介质尺寸电容值Cx（）计算介电常数εr（）X（）Y（）d（）123456五、思考题1.介电常数与介电材料的厚度有什么样的关系？2.介电现象是如何产生的？实验二热电效应实验一、实验目的1、了解热电材料的赛贝克(seeback)定律，珀耳帖(Peltier)效应，汤姆孙效

4、应等热电材料的特性。2、熟练的使用万用表来测量热电效应产生的电势差。3、认识热电材料，了解温度对材料产生的作用。二、实验设备半导体制冷片，2个烧杯，铝质导热板，秒表，热水，万用表（精确电压表），干电池三、实验原理电流通过导体时，会因为导体电阻而损耗掉部分能量，这部分能量转换为热能，就形成了电的热效应。电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。其中后三者称为热电三效应。1、塞贝克效应高温点T1低温点T

5、0A材料B材料i图1塞贝克效应示意图当一对不同材质两端互相衔接且两接头温度不同，换言之，温差电偶的两个接头处于不同温度时，电偶两端就有一定电动势，于是产生电流。此即为塞贝克效应。温差电动势与两接头的温度势及两种材料的性质有关，可用温差电动势率，即单位温差产生的电动势来描述这一效应，式中为温差电动势。知道了温差电动势率的表示式后，将乘上温差(T1-T0)后，即得到在(T1-T0)下的温差得到多少电动势。于是我们可推知电流I为：I=〔S12(T1-T0)〕/RR为电阻。上式为赛贝克(seeback)定律所以明显地，赛贝克效应可用来制作

6、温差发电机。因此，温差发电机的效率主要取决于热端和冷端的温度和温差发电材料的品质因数值还强烈地依赖于温度，因而对于不同的工作温度需要选取不同的材料。目前半导体温差发电机的效率虽远低于火力发电机的效率，但它无转动部件，因而具有寿命长、无干扰并可利用多种热源(如核燃料、废热)等优点，适用于做空间飞行器、海底电缆系统、海上灯塔、无人岛屿上的观测站等的辅助电源。80年代美国已研制成500瓦的军用温差发电机。利用同位素加热的核能温差发电机已应用于航天空。2、珀耳帖(Peltier)效应若将当温差电偶通以直流电流时(即加入电位差或电池)，电偶

7、的一接头会冷却，另一接头会发热，电能不断地把热量从冷接头处转移到热接头去。温差电致冷是温差发电的逆效应，称为珀耳帖(Peltier)效应。利用这种的原理可以制造电致冷器，只要加颗电池即可。半导体温差电致冷器的致冷效率不随致冷容量变化。当致冷容量超过几十升时，其效率比不上压缩式致冷机的效率；但对小容量致冷，它是相当优越的，适用于做各种小型恒温器以及要求无声、无干扰、无污染等特殊场合。　Qл=л*Iл=a*Tc式中：Qπ为放热或吸热功率　　π为比例系数，称为珀尔帖系数　　Iл为工作电流　　a为温差电动势率　　Tc为冷接点温度3、汤姆孙

8、效应汤姆孙效应1856年W。汤姆孙用热力学分析上述两种温差电效应时指出，还应有第三种温差电现象存在。后来有人在实验上发现，如果在存在温度梯度的均匀导体中通有电流时，导体中除了产生不可逆的焦耳热外，还要吸收或放出一定的热量，这一现象定名为汤姆孙效应。