利用开口环谐振器测量材料的电磁特性：一个面向高年级物理本科生的实验

本文详细描述并演示了一个适用于高年级物理本科生的开口环谐振器实验。该装置由一个沿长度方向带窄缝的导电空心圆柱组成，可精确建模为串联 $LRC$ 电路。当该装置悬于空气中、浸没于水中以及浸没于不同浓度 NaCl 的水溶液中时，测量了开口环谐振器的谐振频率与品质因数。实验结果用于提取水的介电常数，并研究谐振器品质因数对 NaCl 溶液电导率的依赖关系。该装置提供了实验考察辐射损耗、复介电常数、电磁趋肤深度以及圆柱波导中射频传播的截止频率的机会，这些均为电动力学本科课程中介绍的概念。为与当前研究接轨，本文强调了将开口环谐振器用作精确测量材料电磁特性的工具。