(909) Электромагнитное поле. Руководство по выполнению базовых экспериментов эмп. 001 Рбэ (909) 2005
 Скачать 2.53 Mb.
|
Исследование поляризационной кривой сегнетоэлектрика
Поляризация диэлектриков - это смещение зарядов внутри его атомов и молекул под действием внешнего электрического поля, а вектор поляризованности Р равен количеству заряда, прошедшего в результате поляризации через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению смещения. В обычных диэлектриках вектор поляризованности Р и вектор электрическое смещения (вектор электростатической индукции) D пропорциональны напряжённости электрического поля Е: D = 0E + P = 0E +  Е = аЕ,где 0 – диэлектрическая проницаемость пустоты; - абсолютная диэлектрическая восприимчивость;а = 0 + - абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.С  егнетоэлектрики - это группа диэлектриков, у которых в некотором интервале температур наблюдается самопроизвольная (спонтанная) поляризованность. В отсутствие внешнего поля векторы спонтанной поляризованности отдельных ячеек вещества (доменов) направлены хаотично и суммарная поляризованность равна нулю. При наложении внешнего поля наряду с обычной поляризацией происходит ориентация поляризованных доменов вдоль линий внешнего поля и суммарная поляризованность возрастает очень быстро. Зависимость Р(Е), в отличие от обычных диэлектриков, становится нелинейной (рис. 5.1). При некотором значении напряжённости поля этот процесс завершается и при дальнейшем увеличении поля поляризованность возрастает как в обычном диэлектрике. Это область насыщения сегнетоэлектрика. При уменьшении поля и дальнейшем изменении его направления кривая зависимости Р(Е) не совпадает с первоначальной и идёт несколько выше, а при циклическом изменении напряженности образует замкнутую кривую, которая называется петлёй гистерезиса сегнетоэлектрика. Ширина петли и, следовательно, потери на поляризацию у различных сегнетоэлектриков существенно отличаются. Сегнетомягкие материалы, имеющие очень узкуюпетлю используются для изготовления малогабаритных конденсаторов большой ёмкости. Если у обычных диэлектриков абсолютная диэлектрическая проницаемость а = (1…4)0, то у сегнетоэлектриков она может достигать 1040. В данной работе исследуется малогабаритный конденсатор, диэлектриком в котором служит сегнетомягкий материал. Для экспериментального получения зависимости P(E) используется тот факт, что у сегнетоэлектриков 0E << P и, следовательно DP, т.е. зависимость P(E) практически совпадает с D(E). Последняя же подобна кулон-вольтовой характеристике q(U), так как в конденсаторе, площадъ пластин которого S и расстояние между ними d: q = DS и U = Ed. Кулон-вольтовая характеристика конденсатора может быть получена на экране виртуального или электронного осциллографа. П  ринципиальная схема опытной установки изображена на рис. 5.2 Синусоидальное напряжение подаётся через повышающий трансформатор на цепь, состоящую из последовательно соединённых линейного конденсатора С1 и нелинейного конденсатора с изоляцией из сегнетоэлектрика С0. Заряды на этих конденсаторах одинаковы и пропорциональны напряжению u1: q = C1u1. Напряжение u1 подаётся на вертикальный вход электронного или виртуального осциллографа, а u0 - на горизонтальный. На экране осциллографа появляется зависимость q(u) для нелинейного конденсатора. По ней можно рассчитать поляризационную характеристику P(E):  , где d – толщина диэлектрика. , где S – площадь обкладок конденсатора.Добавочный резистор R = 10 Ом служит для ограничения постоянной составляющей тока, возникающего из за наличия небольшой постоянной составляющей в выходном напряжении генератора. |