pdf / 3э.1 Изучение диэлектрического гистерезиса сегнетоэлектриков (1)

Поскольку сегнетоконденсатор C и эталонный конденсатор Сэт соединены последовательно, то их заряды равны: q = q эт. Поэтому модуль Р вектора поляризации, равный поверхностной плотности σ заряда на обкладках сегнетоконденсатора, вычисляется как:

где S – площадь обкладок сегнетоконденсатора и учтено равенство (8).

Входное напряжение U и подаваемое на горизонтальные пластины осциллографа напряжение Ux связаны соотношением:

на сегнетоконденсаторе. Тогда входное напряжение U можно считать равным UC:

U Uэт UC UC . (11)

Модуль Е напряженности поля в сегнетоконденсаторе толщиной d с учетом выражений (10) и (11) равен:

Подготовка лабораторной установки к работе

иметодика измерений

1.На лабораторной установке рукоятку регулировки напряжения перевести в крайнее левое положение.

2.Подключить лабораторную установку и осциллограф к сети 220 В.

3.Включить тумблер «Сеть» на установке и осциллографе.

4.Выждать 1–2 мин для прогрева приборов.

5.Рукояткой регулировки напряжения выставить максимальное напряжение 100 В. Убедиться, что на экране осциллографа появилась петля гистерезиса предельного цикла.

6.При напряжении U = 100 В с помощью осциллографа измерить Ux и Uy, значения которых указаны в меню, расположенном в правой части экрана осцил-

лографа (значение Ux показано после «1.», а Uy – после «2.»). Результат внести в табл. 1.

7.Выполнить п. 7 при напряжениях U = 95 В, 90 В, 85 В, ..., пока петля не превратится в точку.

8.Рукоятку регулировки напряжения перевести в крайнее левое положение.

9.Выключить тумблер «Сеть» на установке и осциллографе.

10.Отключить лабораторную установку и осциллограф от сети 220 В.

11

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.По результатам измерений U x и U y вычислить значения напряженности

Еи поляризованности Р по расчетным формулам:

где R1 и R2 – сопротивления резисторов делителя напряжения;

U x и U y – подаваемые соответственно на горизонтальные и вертикальные пла-

стины напряжения;

S и d – площадь обкладок и толщина сегнетоконденсатора соответственно; Сэт – электроемкость эталонного конденсатора.

Значения R1, R2, S, d и Сэт указаны в методическом пособии на рабочем месте в лаборатории.

Результаты внести в табл. 1.

2. По полученным в п. 1 результатам вычислить статическую диэлектрическую проницаемость ε по расчетной формуле:

Результаты внести в табл. 1.

3. По данным табл. 1 построить графики зависимости Р(Е) и ε(Е). Построение графиков можно выполнить как на миллиметровой бумаге, так

и в приложении Microsoft Exсel.

При построении графиков в приложении Microsoft Exсel необходимо:

1.В документ Microsoft Exсel ввести экспериментальные данные табл. 1 в виде столбцов для Е, Р и ε. Для значений можно выбрать формат числа

Экспоненциальный.

Примечание. Расчет значений Е, Р и ε удобно выполнять в приложении Microsoft Exсel.

2.Выделить курсором столбцы данных Е, Р и на вкладке Вставка в группе Диаграммы щелкнуть диаграмму типа Точечная и выбрать подтип Точечная с маркерами (без соединительных линий).

3.Щелкнуть в любом месте диаграммы. В открывшейся при этом панели

Работа с диаграммами перейти на вкладку Макет.

4.В группе Анализ нажать кнопку Линия тренда и выбрать пункт До-

полнительные параметры линии тренда.

5.В открывшемся меню выбрать Полиномиальная и в окошке Степень подобрать значение (от 2 до 6), при котором линия располагается наиболее близко

кмаркерам.

6.На диаграмму добавить ее название и названия осей (рис. 10, а).

7.Выполнить пп. 2–6 для построения графика ε(Е) (см. рис. 10, б).

12

ЗАДАНИЕ

1.Изучить лабораторную установку и методику измерений.

2.Следуя указаниям в подразделе «Подготовка лабораторной установки

кработе и методика измерений» включить лабораторную установку и измерить

U x и U y . при различных напряжениях U.

3.Результаты измерений внести в табл. 1.

4.Рукоятку регулировки напряжения перевести в крайнее левое положение.

5.Выключить тумблер «Сеть» на установке и осциллографе.

6.Отключить лабораторную установку и осциллограф от сети 220 В.

7.Следуя указаниям раздела «ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕ-

НИЙ» вычислить значения Е, Р, ε и построить графики зависимости Р(Е) и ε(Е).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое электрический диполь? Чему равен электрический дипольный момент? Какое направление он имеет?

2.Что такое полярная и неполярная молекула? Назовите и охарактеризуйте типы диэлектриков.

3.Опишите механизм поляризации неполярных, полярных и ионных диэлектриков.

4.Какие заряды называются связанными и сторонними?

5.Почему напряженность поля в диэлектрике меньше напряженности внешнего электрического поля (в вакууме)?

6.Дайте определение вектора поляризации P .

7.Какова связь между векторами P и E в изотропных диэлектриках?

8.Дайте определение сегнетоэлектрикам.

9.Опишите доменную структуру сегнетоэлектриков.

10.Опишите поляризационные процессы в сегнетоэлектрике, соответствующие различным участкам основной кривой поляризации.

11.Дайте определение диэлектрического гистерезиса.

12.Изобразите петлю гистерезиса полного цикла и дайте определения остаточной поляризованности и коэрцитивной силы.

13

ЛИТЕРАТУРА

1.Савельев, И. В. Курс общей физики. В 5 кн. Кн. 2 : Электричество и магнетизм / И. В. Савельев. – М. : Астрель : ACT, 2004.

2.Струков Б.А., Леванюк А.П. Физические основы сегнетоэлектрических явлений в кристаллах. М.: Наука, 1995. 2-е изд., 240 с.

3.Цедрик М.С. Физические свойства кристаллов триглицинсульфата / М.С. Цедрик. – Минск.: Наука и техника, 1986. – 216 с.

4.Лайнс, М. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы / М. Лайнс, А. Гласс; пер. с англ. В. В. Леманова и Г. А. Смоленского. – Москва : Мир, 1981. – 736 с.

5.Блинц, Р. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики: Динамика решётки

/Р. Блинц, Б. Жекш; пер. с англ. С. А. Пикина, Ю. 3. Эстрина, Н. Р. Иванова, А. П. Жукова. – Москва : Мир, 1975. – 400 с.

6.Желудев, И.С. Электрические кристаллы / И. С. Желудев. – Москва :

Наука, 1979. – 200 с.

14