Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8
ИЗУЧЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ
Цель работы: ознакомление с основными отличительными
свойствами сегнетоэлектриков; приобретение навыков осциллографического метода исследования петель диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектриков; определение параметров сегнетоэлектриков по петле диэлектрического гистерезиса(ДГ).
Принадлежности к работе:
- источник синусоидального напряжения(лабораторная ус-тановка или генератор НЧ);
- осциллограф типа С1-1;
- образцы сегнетокерамических конденсаторов.
1. Краткие теоретические сведения
Сегнетоэлектриками называются вещества, которые в неко-тором температурном интервале обладают спонтанной(само-произвольной) поляризацией, направление которой может быть
изменено внешним электрическим полем.
Следовательно, основным отличительным свойством сегне-тоэлектриков является наличие поляризации Р даже в отсутствии внешнего поля Е. Однако достаточно крупные образцы сенетоэлектрика при Е = 0 в целом оказываются неполяризован-ными, так как объем образца разбивается на множество маленьких областей – доменов, направление спонтанной поляризации
которых различно.
Вторым важным свойством сегнетоэлектриков является то,
что направление спонтанной поляризации может быть изменено
приложением внешнего поля Е, то есть может происходить переполяризация или переориентация доменов. Этим сегнетоэлектрики отличаются от пироэлектриков и электретов, у которых
также имеется поляризация в отсутствии внешнего поля, но на-правление ее не изменяется приложением внешнего поля.
Изменение направления спонтанной поляризации – сущест-венно нелинейный процесс. В слабом электрическом поле вклад
этого процесса в общую поляризацию очень мал, так как для пе-реориентации доменов требуется поле, больше некоторого кри-тического, характерного для данного материала и данной часто-ты изменения поля. В очень сильных полях, когда все домены
ориентированы в благоприятном направлении вдоль поля, этот
процесс также прекращается и наступает насыщение процесса
роста ( )
СП
P f E. = Изменение направлений спонтанной поляризации происходит наиболее интенсивно при полях близких к коэрцитивному полю. Изменение спонтанной поляризации(а также
и полной поляризации сегнетоэлектрика) при возрастании электрического поля не совпадает с аналогичным изменением при
уменьшении поля. Это явление отставания изменений поляризации от периодически совершающихся изменений поля, сопровождающегося насыщением поляризации, и получило название диэлектрического гистерезиса.
Сегнетоэлектрики находят применение для изготовления
малогабаритных НЧ-конденсаторов с большой удельной емкостью; в специальных конденсаторах варикондах, емкость которых зависит от приложенного напряжения; для ячеек памяти в
вычислительной технике; для модуляции и преобразования лазерного излучения.
К сегнетоэлектрикам относятся такие материалы, как сегнетова сольNаКС4H4O6
·4Н2O, сегнетокерамика на основе титаната
бария ВаТiO3, ниобата калия КNbО3 и др.
где d – расстояние между обкладками исследуемого конденсатора.
Отсюда
На пластины Y подается напряжение, снимаемое с эталонного конденсатора СЭ
с зарядом q
Известно, что на двух последовательно включенных конденсаторах заряды равны, то есть
Qx=qэ ;
Поскольку ,
где s – поверхностная плотность заряда;
S – площадь обкладки сегнетоэлектрика,
получаем уравнение:
Электрическая индукция равна:
D=
где e
0 – электрическая постоянная;
e – относительная диэлектрическая постоянная;
a– коэффициент поляризуемости.
Поскольку для сегнетоэлектриков e >> 1 то, учитывая это,
уравнение (14.7) можно записать так:
Значит, вертикальное отклонение луча пропорционально за-ряду поляризации Р или индукции D исследуемого материала, а
118
горизонтальное – напряжению, приложенному к исследуемому
конденсатору, или напряженности поля Е в нем(формула (14.4)).
Это позволяет получить в соответствующем масштабе зависимо-сти ( ) q f E, = ( ) P fE = или ( ) D fE = за цикл изменения поля Е,
то есть петли гистерезиса.
По петле гистерезиса можно найти диэлектрические потери:
где Х0 – отклонение луча по оси X, мм;
Y0 – отклонение луча по оси Y, мм;
S – площадь гистерезисной петли на экране осциллогра-фа, м
.
|
Образец |
,мм |
S, м |
|||||
|
Конденсатор (маркировка) |
57 |
32 |
27 |
81 |
57 |
43 |
0,0165 |
Вывод: В ходе лабораторной работы я ознакомился с основными отличительными
свойствами сегнетоэлектриков; приобретение навыков осциллографического метода исследования петель диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектриков; определение параметров сегнетоэлектриков по петле диэлектрического гистерезиса(ДГ).