2.2. Описание установки

В качестве объекта исследования выбрана канифоль. Установка для измерения и tg представляет собой комплекс приборов и приспособлений, позволяющих проводить измерения С и tg в диапазоне температур 22-120⁰С на частотах 0,8-10 кГц. Действительная часть диэлектрической проницаемости вычисляется по формуле =С/С₀, где С₀=8.2·10^-12Ф=8,2пФ для данной установки.

Тангенс угла потерь измеряется непосредственно мостом Р-571М. Нагрев образца до заданной температуры производится при помощи нагревательного элемента и источника питания.

2..3. Порядок выполнения работы

1.Включите мост переменного тока и дайте ему прогреться в течение 25 минут.

2.Произведите измерения С и tg путем уравновешивания моста вращением рукояток переключателей верхнего и нижнего рядов и постепенно, увеличивая чувствительность нуль-индикатора до 30 В.

3.Произведите отсчет показаний емкости на шкалах переключателей верхнего ряда и tg на шкале нижнего ряда и занесите в таблицу.

4.Включите блок питания нагревательного элемента и установите напряжение на нагревательном элементе последовательно: до 70⁰С – 20В, а выше 25В.

5.Проведите измерения С и tg в интервале температур 20-140⁰С с шагом 5⁰С. Оцените ошибку измерений.

6.Постройте графики зависимости , tg и от температуры. По графику =f(T) определите величину  и Т_max, а по графику tg=f(T) время релаксации при характеристической температуре. Определить максимальную величину tg.

7.Определите, какова природа процессов релаксации в данном диэлектрике. Сделайте выводы по работе.

2.4. Вопросы для контроля

1.Какие виды поляризации известны в диэлектриках и, какова их природа?

2.Какими соотношениями описывается поведение диэлектрика с релаксационной поляризацией в переменном электрическом поле?

3.Какие известны методы измерения , tg от температуры и частоты?

Литература

1.Борисова М.Э., Койков С.Н. Физика диэлектриков. М: Высшая школа. 1979г.

2.Свирский М.С. Электронная теория вещества. М., 1981.

3.Ф.Эмс.Диэлектрические измерения. М.:Химия, 1967.

4.Хиппель А.Р. Диэлектрики и их применение. Из-во ГЭИ. Ленинград. 1959г.

5.Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М: Высшая школа 1977 г.

3.Бурмистров В.А., Полевой Б.Г. Лабораторный практикум: «Поляризация диэлектриков в переменном поле» Метод. разработка. Из-во. ЧелГУ, 1994г., с.32.

3. Определение концентрации парамагнитных центров в кристаллах методом эпр - спектроскопии

Цель работы: Ознакомиться с физическими принципами метода ЭПР – спектроскопии. Выработать навыки работы на ЭПР – спектрометре.

3.1.Физические основы метода эпр

3.1.1. Элементарный магнитный резонанс.

Эффект магнитного резонанса состоит в том, что частица, обладающая магнитным моментом , помещенная в магнитное поле , при взаимодействии с переменным магнитным полем резонансной частоты меняет свою ориентацию.

Пусть частица, обладающая магнитным моментом , помещена в магнитное поле . Тогда момент будет прецессировать вокруг с ларморовой частотой , где - множитель Ланде. Предположим, что перпендикулярно к наложено вращающееся с частотой слабое магнитное поле . Если частоты вращения совпадут, то под действием поля , возникнет дополнительный вращательный момент, который направлен всегда так, что заставляет переориентироваться магнитный момент частицы в другую плоскость. Эффект резонанса будет тем больше, чем меньше отношение Н₁/Н₀.

Рассмотрим квантовую картину элементарного магнитного резонанса. Пусть частица обладает механическим и магнитным моментами, максимальные компоненты которых по направлению внешнего магнитного поля с напряженностью обозначим и соответственно. Как известно, (где - магнетон Бора) и, следовательно, в магнитном поле возникнут 2S+1 эквивалентных уровней энергии, а именно:

, (3.1)

где М – магнитное квантовое число (SM-S). Под действием переменного магнитного поля возможны магнитные дипольные переходы между соседними уровнями энергии (М=1), если это поле перпендикулярно к и если выполнено резонансное условие:

. (3.2)

Когда имеется лишь два уровня энергии (S=1/2), возможны только переходы .

Электронный парамагнитный резонанс представляет собой явление поглощения излучения СВЧ - диапазона молекулами, ионами или атомами, обладающими электронами с не спаренными спинами. В ЭПР различные энергетические состояния обусловлены взаимодействием спинового момента не спаренного электрона с магнитным полем – так называемый электронный эффект Зеемана. Зеемановский гамильтониан, описывающий взаимодействие электрона с магнитным полем, определяется выражением , где - оператор спина, g - g – фактор.

Соответствующие уровни энергии будут определяться выражением (3.1) с , а энергия перехода формулой (3.2).

Для свободной частицы g – фактор может отклоняться от g = 2 благодаря внутренним взаимодействиям. Резонансное значение поля можно найти по формуле: ,

где - постоянная Планка; - магнетон Бора; - «частота» клистрона спектрометра; - g-фактор ДФПГ.