площадь пластин конденсатора), поэтому можно утверждать, что напряжение на пластинах “У” пропорционально D.
На пластины “Х” осциллографа напряжение подается с R3, оно пропорционально напряжению, приложенному к подключенному конденсатору С1 (С2 или СЭ), а т.к. это напряжение U=Ed (где d-расстояние между пластинами конденсатора, Е-напряженность поля в конденсаторе), то правомерно считать, что напряжение на пластинах “Х” осциллографа пропорционально напряженности поля в образце.
Поэтому, возникающая на экране осциллографа кривая, есть электрическая характеристика в координатах D и Е - петля гистерезиса.
Масштабы осциллограммы: по оси “ Х ”- масштаб напряженности поля hx, по оси “ У ”- масштаб заряда hу:
hx = |
U |
ox |
= |
2 2U |
x ; hy = |
Q |
= |
2CэU y |
= |
2 2CэU y |
; |
(20) |
|
lx |
lx |
ly / 2 |
ly |
ly |
|||||||||
|
/ 2 |
|
|
|
|
|
|
Где Uox, Uoy – амплитудные значения напряжения;
Ux, Uy – эффективные значения напряжений (показания вольтметра); lx, ly – длины горизонтальной и вертикальной полосок на экране.
Тогда Е, D, ε можно рассчитать по формулам:
E = |
h |
х |
; |
D = |
hy y |
; |
ε = |
D |
(21) |
х |
|
|
|
||||||
d |
|
S |
εоЕ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
где x, y - координаты соответствующей точки петли гистерезиса.
ПОРЯДОК ПОДГОТОВКИ И ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить и законспектировать в рабочей тетради ответы на контрольные вопросы.
2.Изучить электрическую схему установки для изучения свойств сегнетоэлектриков, разобраться с методикой определения основных характеристик и электрических параметров сегнетоэлектрика.
3.Приготовить таблицы № 1, 2, 3 для записи измеряемых величин.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица №1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hx = |
2 |
2 |
U x |
hy = |
2 2CЭU y |
CЭ , Ф |
U x , B |
lx ,дел |
U y ,B |
l y , дел |
|
lx |
ly |
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
В/дел |
|
Ф·В/дел |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица №2
|
|
хс = |
хс′ |
+ хс′′ |
, |
Ес = |
h |
x |
|
, |
|
|
yr = |
|
y′ + y′′ |
, |
D = |
h |
y |
y |
r |
|
|
х'c , |
х''c , |
|
2 |
|
x |
|
c |
y'r |
y''r , |
|
r r |
|
|
, |
|||||||||
|
|
d |
|
2 |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
S |
|
||||||||||||||||||
дел |
дел |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дел |
дел |
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
дел |
|
|
|
В/м |
|
|
|
|
дел |
|
Кл/м2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где d = 2,1·10-3 м, S = 10-4 м2, CЭ = 4,7·10-9 Ф , ε0 = 8,85·10-12 Ф/м.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица №3 |
||||
№ |
х', |
х'', |
х = |
х′ + х′′ |
Е = |
hx x |
|
y', |
y'', |
y = |
y′ + y′′ |
|
D = |
hy y |
|
|
|
D |
|
|
2 |
|
|
|
ε = |
||||||||||||||||
|
d |
2 |
S |
|
|
|||||||||||||||
п/п |
дел |
дел |
|
|
|
|
дел |
дел |
|
|
|
|
|
εo E |
||||||
дел |
В/м |
|
|
дел |
|
Кл/м2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.Включить стенд в сеть с помощью ключа К1. Переключатель Су осциллографа поставить в положение 0.05 V/del, переключатель вольтметра в положение 100 V~.
5.Определить масштаб hx оси “x”. Для этого переключатель К3 поставить в положение «1», клеммы “у” закоротить переключателем П1. Потенциометром R1 установить на экране осциллографа горизонтальную полоску длиной lx 7-8 делений (1 деление – 1 квадрат на экране оциллографа). Занести данные lx и Ux в таблицу №1.
6.Определить аналогично hy масштаб оси “у”. Для этого переключатель Су осциллографа оставить в положении 0.05 В/ см, переключатель К3 поставить в положение“2”, тем самым включив в цепь конденсатор СЭ. Закоротить клеммы “х” переключателем П2 (клеммы “у” разомкнуты). Потенциометром R1 установить на экране вертикальную полоску длиной ly 5-6 делений. Записать данные ly и Uy в таблицу №1. Выключить вольтметр.
7.Включить в сеть конденсатор с сегнетоэлектриком, поставив переключатель К3 в положение “3”. Клеммы “х” и “у” не закорачивать! На экране при этом должно быть изображение петли гистерезиса, характеризующей исследуемый сегнетоэлектрик. Произвести коррекцию петли потенциометром R1, чтобы координаты вершин были возможно большими. Записать в таблицу №2 координаты пересечения петли с горизонтальной и вертикальной осями х'c , х''c , y'r , y''r (См. рис. 9. Все координаты берутся со знаком «+».)
8.Записать в первую строку таблицы №3 координаты вершин той же петли х', х'', y', y'' . (См. рис. 9. Все координаты берутся со знаком «+».) Уменьшая при помощи потенциометра R1 напряжение на конденсаторе С2 так, чтобы координата вершины петли по оси “х” уменьшалась приблизительно на 0,5 деления, записывать координаты вершин в таблицу №3. Провести 5-6 измерений.
9.Определить точку Кюри. Для этого К3 поставить в положение “3”, переключателем К2 включить нагреватель, предварительно установив петлю достаточно большого размера,
включить вольтметр, поставив его переключатель в положение С0. Наблюдая за температурой, установить момент, когда петля на экране исчезает (вырождается в линию). Записать соответствующую температуру.
10. По данным таблицы №2 рассчитать значения коэрцитивной силы Ес и остаточное смещение Dr. По данным таблицы №3 рассчитать значение напряженности поля Е и электрического смещения D, которые соответствуют вершинам петли гистерезиса. Рассчитать значение диэлектрической проницаемости ε. Все результаты занести в таблицы №2 и №3.
11. По данным таблицы №3 построить кривые, выражающие зависимости D=f(E) и ε=f(E). 12. Вывести ручку регулятора напряжения потенциометра R1 в крайнее левое положение.
Все приборы отключить от сети.
13. К зачету представить отчет по работе.
Рис. 9.