Главная страница

Лаба №Э34Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков. Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков приборы и принадлежности


Скачать 168 Kb.
НазваниеИсследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков приборы и принадлежности
АнкорЛаба №Э34Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков.doc
Дата19.01.2018
Размер168 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаЛаба №Э34Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков.doc
ТипИсследование
#14552
КатегорияФизика

РАБОТАЭ34

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ

Приборы и принадлежности:

Установка для исследования диэлектрических свойств сегнетоэлектриков.

Цель работы:

Исследование диэлектрических свойств сегнетоэлектриков, эксперимен­тальное наблюдение связи электростатической индукции с напряженностью поля в сегнетоэлектрике, установление зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от напряжённости электрического поля.

Установка для исследования диэлектрических свойств сегнетоэлектриков (см. рисунок), используемая в работе, содержит исследуемый образец, представляющий собой конденсатор С с диэлектриком, из исследуемого сегнетоэлектрика и конденсатор Со с диэлектриком, диэлектрическая проницаемость которого не зависит от напряжённости электрического поля

("линейный" конденсатор). Конден­саторы Сх и Со могут быть под­ключены (будучи соединёными по­следовательно с помощью П1 и П2).

К источнику постоянного напряжения U Конденсатор Сх при необходимости может подключаться к источнику переменного (50 Гц) напряжения U2, обеспечивающего де­поляризацию исследуемого образца. Напряжение, снимаемое с потенциометра R2 по­дается также на полупроводниковый индикатор (на рисунке не показан), по интенсив­ности свечения которого можно судить, о величине деполяризующего напряжения. За­ряд на конденсаторе Со измеряется с помощью операционного усилителя ОУ с конден­сатором С в цепи обратной связи.

Задание по подготовке к работе: при подготовке к работе учащийся должен

1) изучить описание работы и продумать ответы на контрольные вопроси:

2) подготовить общую часть отчета по лабораторной работе, содержащую титульный лист, краткое описание исследуемых закономерностей, задачи эксперимента, описание (схема или эскиз) лабораторной установки и методики проведения эксперимента:

3) подготовить протокол наблюдений с соответствующими таблицами.

Исследуемые закономерности

Диэлектрики, у которых в определенном интервале температур наблюдаются макроскопические области спонтанной (самопроизвольной) поляризации, называют сегнетоэлектриками. По аналогии с ферромагнетиками области

спонтанной поляризации назы­вают доменами. Несмотря на наличие доменов, обладающих макроскопической поляризацией, сегнетоэлектрик в целом может быть не поляризован, так как поляризация од­них доменов компенсируется противоположно направленной соляризацией других. При наложении внешнего электрического поля происходит как рост самих доменов за счет других, так и переориентация доменов, что создаст эффект очень сильной поляризации.

Именно этим объясняются свойственные сегнетоэлектрикам сверхвысокие (десятки и сотни тысяч) значения диэлектрической проницаемости и нелинейная зависимость электрической индукции поля в веществе cегнетоэлектрика от напряженности электрического, поля. Зависимость электрической индукции (D) от напряженности (Е) электрического поля назы­вают основной кривой поляризации. Видно, что при некоторой напряжен­ности поля рост D с увеличением Е с становится менее заметным, что соответствует состоя­нию технического насыщения, когда все домены оказываются ориентированными по полю. Незначительное возрастание индукции на участке насыщения обусловлено процессами индуцированной поляризации. Для характеристики свойств сегнетоэлектрика используют понятия статической и дифференциальной диэлектрической проницаемости. Из основной кривой поляризации видно, что как не являются постоянными. Можно определить статическую начальную и максимальную, диэлектрические проницаемости, а также коэффициент нелинейности Наличие нелинейности в сегнетоэлектрике используется для управления емкостью в специ­альных конденсаторах варикондах. Нелинейные свойства являются основой для использо­вания сегнетоэлектрика в параметрических усилителях, фазовращателях, умножителях час­тоты н лр. Важнейшим применением сегнетоэлектриков остается использование их в мало­габаритных низкочастотных конденсаторах большой удельной емкости.

Методика проведения эксперимента
В работе использован уникальный способ наблюдения кривой поляризации статическим ме­тодом. Последовательно с исследуемым конденсатором Сх подключается "линейный" кон­денсатор Со, емкость которого Со>>Сх. Последовательное соединение конденсаторов реа­лизуется, если оба переключателя П1 и П2 находятся в положении 1. На последовательно соединенные конденсаторы подается постоянное напряжение U1, которое можно менять потенциометром R1 от нудя до некоторого максимального значения U1 . Так как конден­саторы соефшены последовательно, их заряды равны, а напряжение т. е. практически все напряжение U1 приложено к конденсатору Сх. При известном U1 легко найти напряженность поля в конденсаторе С
где d - расстояние между обкладками конденсатора Сх (указано на панели установки). Учитывая, что D = , где - поверхностная плотность свободных зарядов, можно, измерив заряд на конденсаторе Со (следовательно на Сх), вычислить значение D для дан­ного значения Е.

где С - емкость конденсатора в Цепи обратной связи ОУ, S - площадь пластин конденса­тора Сх (указаны на панели установки), V - напряжение на выходе ОУ. Измерение D следует проводить иа деполяризованном диэлектрике конденсатора Сх. Деполяризация проводится следующим образом. Переключатель П2 переводится в по­ложение 2. При этом на конденсатор Сх с потенциометра R2 подастся переменное на­пряжение, величина которого может меняться от и2цхДО нуля. Установив с помощью потенциометра R2 максимальное значение U2 (при этом индикатор горит наиболее яр­ко), плавно уменьшают это напряжение до нуля.

Далее, с помощью потенциометра R1 устанавливают U1 = 0 и только после этого пере­ключатели П1 и П2 устанавливают в положение 1. Полученное состояние сегнетоэлектрика и конденсатора Сх будет характеризоваться значениями D = 0; Е = 0: о = 0. Сле­дующую точку снимают при возможно более низком значении напряжения U1 (не более S В). Затем последовательно увеличивают напряжение U1 (через 5 - 10 В) до значения, которое соответствует состоянию насыщения.

Заметим, что кривая поляризации должна сниматься при последовательном изменении напряжения U1 в одном направлении. Попытка скорректировать какое-либо значение U1 в противоположном направлении исказит весь ход кривой и потребует повторения де­поляризации.
Указания по проведению наблюдений

I. Включить измерительную установку.

2. Переключатели П1 и П2 перевести в положение 2.

3. Нажатием кнопки К разрядить конденсатор С, установив тем самым "О" на выходе ОУ

4. Деполяризовать сегнетоэлектрик конденсатора Сх, для чего установить потенцио­метром R2 максимально напряжение U2 и, плавно уменьшая, довести его до нуля, ори­ентируясь на яркость свечения индикатора.

5. Установить переключатели П1 и П2 в положение I, зарядив теме самым конденсаторы Сх и Со.

6. Нажатием кнопки К проверить наличие нуля на выходе ОУ.

7. Переключатель П1 перевести в положение 2, что соответствует измерению заряда на конденсаторе Со (Сх) и записать максимальное значение (U,) изменения выходного на­пряжения ОУ.

8. Наблюдения по п. 3,4, S, б, и 7 выполнить, плавно увеличивая напряжение U1 через 5 - 10 В до состояния насыщения сегнетоэлектрика.

Обработка результатов



  1. Расчёт значений величин напряжённости и индукции электрического поля. Построение основной кривой поляризации сегнетоэлектрика.

1.1

м м

м м

м м

м м

м м
1.2

мкKл/м2 мкKл/м2

мкKл/м2 мкKл/м2

мкKл/м2 мкKл/м2

мкKл/м2 мкKл/м2

мкKл/м2 мкKл/м2


  1. Статистическая проницаемость:


2.1
- электрическая проницаемость =8,85 Ф/м
5,5119 5,5119

3,6746 6,1243

4,287 6,6425

5,1444 5,6957

5,5119 5,3219


    1. Дифференциальная проницаемость

dD=Di+1-Di dE=Ei+1-Ei



5,51








  1. Коэффициент нелинейности сегнетоэлектрика, как отношение значения max статической диэлектрической проницаемости к её начальному значению.

K=
k= 0.98







написать администратору сайта