Лабораторная работа №4

энергии на ориентацию электрических моментов доменов. Величина этих потерь определяется площадью петли гистерезиса.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Цель работы

Изучить влияние температуры и напряженности электрического поля на величину поляризации в сегнетоэлектриках.

2.2. Задачи работы

Поскольку сегнетоэлектрики обладают целым рядом специфических свойств, отличных от свойств линейных диэлектриков, то с целью более глубокого изучения механизмов поляризации, необходимо провести следующие экспериментальные и теоретические исследования:

а) исследовать характер изменения диэлектрической проницаемости и удельной поляризации сегнетоэлектриков от температуры и напряженности электрического поля;

б) рассчитать составляющие спонтанной и упругой поляризации сегнетоэлектриков и определить температуру Кюри;

в) объяснить механизм поляризации в сегнетоэлектриках.

2.3. Электрическая схема установки

Принципиальная электрическая схема измерительной установки, применяемая для исследования сегнетоэлектриков, приведена на рис. 5.

Напряжение питания установки подается через разделительный понижающий трансформатор РТ и регулируется автотрансформатором РН.

Сегнетоэлектрический Сх и эталонный Сэ конденсаторы включены последовательно и подсоединены к клеммам автотрансформатора. Ёмкость эталонного конденсатора должна быть много больше ёмкости сегнетоэлектрического конденсатора. Падение напряжения на эталонном конденсаторе Uэ подается на вертикальные отслоняющие пластины осциллографа; на горизонтальные отклоняющие пластины подается напряжение, подводимое с автотрансформатора. Напряжение Uэ пропорционально заряду на конденсаторе Сэ, а, следовательно, и

54

Лабораторная работа №4

заряду на конденсаторе Сх, поскольку заряды последовательно включенных конденсаторов одинаковы.

Рис.5. Электрическая схема установки

РТ- трансформатор; РН - автотрансформатор; Сх - исследуемый сегнетоэлектрик; Сэ - эталонный конденсатор; Uэ – напряжение, измеряемое ламповым вольтметром; ЭО - электронный осциллограф

Так как емкость образцового конденсатора Сэ много больше емкости сегнетоэлектрического конденсатора Сх, то основная часть подводимого к схеме напряжения падает на конденсаторе Сх , то есть

Uх >>Uэ.

В атом случае можно принять U = Uх . Следовательно, отклонение луча электронного осциллографа по горизонтали пропорционально напряжению Uх

Напряжение Uх измеряется вольтметром V, а падение напряжения на эталонном конденсаторе Uэ измеряется ламповым вольтметром ЛВ.

При последовательном соединении конденсаторов справедливо равенство

где qx и qэ - соответственно заряды на сегнетоэлектрическом и эталонном конденсаторах.

Из уравнения (1)

Если исследуемый образец имеет плоскую форму, то

55

Лабораторная работа №4

координата вершины петли на экране осциллографа, м;

2.4.Порядок проведения работы

1.Установить на лицевой панели осциллографа переключатель "Развертка" в положение - х1, переключатель длительности периода развертки в положение - 5ms, ручку чувствительности "Усилитель У" в положение -0,1 V/cm, а тумблер усилителя в положение - х1.

56

Лабораторная работа №4

Установить на лицевой панели ламповых милливольтметров переключатель измеряемого напряжения (Ux, Uэ) в положение - V, а переключатель диапазонов измерения напряжения в положение - 100 V.

2.Включить установку в сеть. Включить осциллограф и ламповые вольтметры. Дать приборам прогреться в течение 15 мин и установить луч в центре экрана осциллографа.

2.5.Задание

1.Плавно изменяя напряжение Ux от 0 до 100 В через каждые 5-10 В снять зависимость напряжения на эталонном (образцовом) конденсаторе Uэ от напряжения Uх, приложенного к конденсатору

Сх.

2.Данные измерения занести в табл. 1.

3.Пользуясь выражениями 1, 5, 6, рассчитать значение qх , Px, εx для каждой точки. Данные расчета занести в табл. 1.

4.Построить зависимости q = f(Е), Px = f(Е), εx = f(Е).

5.Определить величину спонтанной поляризации Рс и коэрцитивной силы Ек при максимальном напряжении.

6.Включить термостат и при напряжении Uх, заданном преподавателем, зарисовать формы петель гистерезиса через (5- 10)°С в интервале температур от 40 оС до 80 оС, одновременно производя измерения напряжения Uэ при этих температурах.

7.Рассчитать по формулам (6) и (7) значения εх и tgδ для каждой температуры.

8.Данные измерения занести в табл. 2.

9.Построить зависимости εх = f(to) и tgδ = f(to).

10.Сделать выводы по работе.

Таблица 1 Зависимости qх , Px и εx от напряженности электрического поля

57