Экспериментальная установка

В данной работе для исследования электрических свойств кристалла титана бария (BaTiO₃) [1] применяется метод, дающий возможность прямого наблюдения зависимости поляризации от электрического поля на экране осциллографа.

И з кристалла вырезается пластина перпендикулярно направлению полярной оси, и на обе ее большие плоскости наносятся металлические электроды (напыленное либо сусальное серебро). Затем такой кристаллический конденсатор подключается в гистерезисный мост, изображенный на рис. 2.

Горизонтальное отклонение луча осциллографа пропорционально разности потенциалов, приложенной к цепочке C_K – C₀:

.

В то же время на вертикальные пластины осциллографа подается напряжение:

u_y = Q / C₀.

Поскольку конденсаторы C_K и C₀ соединены последовательно, то этот же заряд появляется на обкладках конденсатора с сегнетоэлектриком. Таким образом, отклонение луча в вертикальном направлении пропорционально Q, и на экране осциллографа получается зависимость Q = Q(u) или в определенном масштабе P = P(E).

Кристалл помещен в термоячейку, снабженную нагревателем и измерительной термопарой.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Наблюдение петли диэлектрического гистерезиса и определение ее параметров.

1. Собрать схему согласно рисунку.

2. Не включая нагреватель термоячейки, получить на экране осциллографа петлю диэлектрического гистерезиса при различных напряжениях на исследуемом образце.

3. Определить величину спонтанной поляризации кристалла, пользуясь формулой

(Кл/см²),

где h – высота петли (см); – чувствительность осциллографа по вертикали (В/см); C₀ – емкость эталонного конденсатора (C₀ = 1 мкФ); S – площадь металлических обкладок исследуемого образца (S = 3,14 см²).

4. Определить площадь петли по формуле

;

получить тангенс угла потерь переполяризации (площадь петли измерять в мм², x_max и y_max – в мм).

Задание 2. Определение амплитудной зависимости эффективной диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика.

1. Снять на кальку серию петель, соответствующих изменению поля от 0 до 1000В (50, 400, 600, 1000 В).

2. Пользуясь соотношением

построить зависимость величины от .

Задание 3. Изучить температурную зависимость спонтанной поляризации сегнетоэлектрика.

1. Включить нагреватель термоячейки с образцом и снять осциллограммы через каждые 30ºС в диапазоне от 20ºС до 150ºС.

2. Для каждой температуры определить спонтанную поляризацию и коэрцитивное поле.

3. Сделать выводы о фазовом переходе.

Контрольные вопросы

1. Каковы основные свойства сегнетоэлектриков?

2. Чем сегнетоэлектрик отличается от пирокоэлектрика?

3. Природа точки Кюри?

Литература

1. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. – М.: Наука, 1978. – С. 124–137.

2. Физика твердого тела: спецпрактикум / Б.А. Акимов, В.В. Александров и др. – М.: Изд-во МГУ, 1983. – Разд. II. – Зад. 3. – С. 137–146.

3. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. – М.: Высшая школа, 2000. – 494 с.

Технический редактор М.В. Быкова

Редактор Г.Н. Орлов

Подписано к печати 16.12.02. Формат бумаги 60х84 1/16. Ризография.

Печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,3. Тираж 50 экз. Заказ .

Издательско-полиграфический отдел ОмГУ