В изотропных однородных средах векторы электрической индукции и напряженности
электрического поля связаны соотношением
(
Ф/м - электрическая постоянная,
- относительная диэлектрическая проницаемость среды, зависящая от природы материала).
Из условия сшивания вектора электрической индукции на границе раздела различных сред следует, что нормальная составляющая напряженности электрического поля меньше в диэлектрике, у которого относительная диэлектрическая проницаемость больше, при этом .
На рисунке 1 схематично представлено распределение нормальных составляющих напряженности электрического поля в диэлектрике из трех плоскопараллельных слоев материалов с диэлектрическими проницаемостями .
Поскольку электроемкость плоского конденсатора зависит от природы диэлектрика, заполняющего зазор между обкладками, из измерений емкости можно определить электрические характеристики диэлектрика. Для трехслойного диэлектрика с толщиной слоев:
падение напряжения на конденсаторе
,
а поверхностная плотность заряда на обкладках площади
.
Определяя электроемкость, как и используя формулу
, емкость для системы с трехслойным диэлектриком примет вид:
,
где ,
,
.
Пусть, для определенности, первый и третий слои представляют собой воздушные зазоры, для которых . Второй слой характеризуется неизвестной
, и известной толщиной
(площадь обкладок
конденсатора известна). Тогда если известна полная емкость конденсатора
:
,
а величина неизвестной диэлектрической проницаемости
.
Сумма толщины воздушных зазоров не зависит от размещения второго слоя. Поэтому в эксперименте его можно размещать произвольным образом, но параллельно к металлическим обкладкам.