метода (метод. указания к лаб. работам №14, 15, 16, 17, 18, 19 по курсу Материаловедение - Васильев В. Р., Герасимов С. А., Елисеев Э. А), страница 8

Рассчитать удельное элек45трическое сопротивление по формуле   Rx S / l , занести экспериментальные данные в табл. 18.1.Таблица 18.1Состав сплаваNiCu0915172329475560100100Сопротивлениеобразца, Rx, Омρ, мкОмּм0,0172Остальное00,073Построить график изменения удельного электрического сопротивления в зависимости от химического состава сплава.3. Включить двойной мост и измерить электрическое сопротивление сплавов свинца с сурьмой с содержанием свинца (0 %, 20, 40,60, 100 %). Рассчитать удельное электрическое сопротивление поформуле   Rx S / l , занести экспериментальные данные в табл.

18.2.Таблица 18.2Состав сплаваPbSb0204060100100Сопротивлениеобразца Rх, Омρ, мкОмּмОстальное0Построить график изменения удельного электрического сопротивления в зависимости от химического состава сплава.4. Сравнить полученные зависимости и сформулировать правило изменения электрических свойств сплавов, имеющих структурутвердого раствора и смеси двух фаз (правило Курнакова).5. Включить ПЭВМ и выполнить эксперименты на автоматизированном лабораторном стенде.465.1.

Запустить программу «Исследование проводниковых материалов» из меню «Пуск\Программы\Conductors». На экране появится главное окно приложения.5.2. Включить тумблер «Сеть» на правой боковой стенке измерительного блока. В главном окне приложения выбрать пункт меню «Опции» на полосе меню. Задать параметры образцов и температуры.5.3. В главном окне приложения выбрать пункт «Измерение».На экране ЭВМ в это время индицируется изменение температурыи строятся графики зависимостей сопротивления образцов от температуры. Результаты запишутся в базу данных.5.4. В главном окне приложения выбрать пункт «База данных».Проверить правильность записей в таблице. Посмотреть интересующие записи в таблице.5.5. В главном окне приложения выбрать пункт «Просмотр».Просмотреть измеренные данные в различных вариантах представления для формирования отчета о проделанной работе.

Выбрать пункты меню: «Сопротивление»; «Удельное сопротивление»; «Зав. от состава уд. сопр.»; «Зав. от состава темп. коэф.».5.6. В главном окне приложения выбрать пункт «Отчет». Выбрать пункт «Параметры отчета» для настройки редактора для отчета. Выбрать пункт «Открыть отчет» и задать новое названиеотчета. Сформировать отчет. Распечатать отчет. Закрыть отчет. Закрыть программу «Исследование проводниковых материалов».6.

Сравнить зависимости изменения электрических свойствсплавов медь-никель, полученные экспериментальным путем спомощью простого моста и с помощью ПЭВМ.7. Сделать вывод о влиянии температуры на электросопротивление металлов и сплавов.8. Выключить все приборы и ПЭВМ.Содержание отчета1. Название и цель работы.2. Диаграммы состояния сплавов Cu–Nu и Pb–Sb.3.

Таблицы с экспериментальными данными и результатами ихобработки.474. Графики зависимости удельного электросопротивления отхимического состава сплавов, полученные экспериментальнымпутем.5. Графики температурной зависимости электросопротивленияисследуемых материалов (медь, никель, константан), полученныена ПЭВМ.6.

График концентрационной зависимости  сплавов Cu–Ni.7. Выводы, объясняющие полученные результаты исследований.Работа № 19. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВСЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВЦель работы – исследование основных характеристик сегнетоэлектриков на основе построения и анализа кривой поляризации.Краткие теоретические сведенияСегнетоэлектрики относятся к диэлектрикам – материалам с высоким удельным электросопротивлением ( = 108…1016 Ом  м). Ониявляются активными диэлектриками, используемыми при созданиифункциональных элементов электроники. В отличие от пассивныхдиэлектриков (электроизоляционных материалов различного назначения), к свойствам которых предъявляются требования стабильности, свойствами активных диэлектриков можно управлять с помощью внешних энергетических воздействий для генерации и преобразования электрических и оптических сигналов.Характерной особенностью диэлектрика является способностьполяризоваться в электрическом поле.

Поляризация заключается всмещении связанных электрических зарядов под действием поля.Смещенные заряды создают собственное внутреннее электрическое поле, которое направлено противоположно внешнему. Меройполяризации Р является диэлектрическая проницаемость  –основная характеристика диэлектриков. Она оценивается отношением емкостей Сд / С0 конденсатора, когда между пластинами конденсатора находятся соответственно диэлектрик и вакуум. Диэлектрическая проницаемость зависит от температуры.

Ее влияние ха48рактеризует температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, который имеет большой разброс значений: (–1300……+ 3000)  10–6 ºС–1. Важными характеристиками диэлектриковявляется также электрическое сопротивление, которое подразделяют на объемное v (Ом  м) и поверхностное s (Ом); диэлектрические потери (Вт/м3) и электрическая прочность (В/м).Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических, только имприсущих свойств. Важнейшим из них является нелинейное изменение поляризации Р при воздействии электрического поля Е или механической деформации. Наряду с линейными видами поляризациидиэлектриков (электронной, ионной и дипольно-релаксационной), всегнетоэлектрике наблюдается самопроизвольная (спонтанная) поляризация. Объем сегнетоэлектрика разбивается на домены, в каждом из которых вещество сильно поляризовано.

В отсутствие полясуммарная поляризация Р равна нулю. При наложении поля поляризация увеличивается нелинейно благодаря переориентации доменов.Специфические свойства сегнетоэлектриков проявляются лишьв определенном диапазоне температур вплоть до температуры точки Кюри, где эти свойства выражены максимально (табл. 19.1).В процессе нагревания до температур выше точки Кюри происходит распад доменной структуры, сегнетоэлектрик переходит в параэлектрическое состояние и спонтанная поляризация исчезает.Таблица 19.1Свойства сегнетоэлектриковБольшие значения относительнойдиэлектрической проницаемостиε (105 и более)Нелинейная зависимость ε (Е) в сегнетоэлектрической фазе (до Тс)ПрименениеМалогабаритные конденсаторыс большой удельной емкостью,включая конденсаторы в интегральном исполненииВариконды для стабилизациинапряжения, умножения частоты, преобразования синусоидального напряжения в импульсное, для гашения тока49Окончание табл.

19.1Свойства сегнетоэлектриковПрименениеНелинейная зависимость ε(Т )Диэлектрические термометры;термоконденсаторы с четковыраженными и размытымифазовыми переходами для стабилизации кварцевых резонаторных электронных часовПрямоугольная петля гистерезисаЗапоминающие устройства спотенциальным принципомзаписи и сохранения информации при отключении питания имногократном считыванииКоэффициент прямоугольности:Kп = Pr / Pm  1В переменных полях у сегнетоэлектриков наблюдается явлениедиэлектрического гистерезиса, т. е. отставание изменения электрической индукции (смещения) D от напряженности электрического поляЕ.

Иначе говоря, гистерезисный цикл является следствием доменного строения сегнетоэлектриков. Ориентация доменной структуры внаправлении электрического поля требует затрат электрическойэнергии, что указывает на дополнительный механизм диэлектрических потерь. Величина потерь на гистерезис характеризуется площадью предельного гистерезисного цикла (рис. 19.1). Основные параметры, характеризующие предельный цикл петли гистерезиса: ± Рm,± Рr – максимальная и остаточная поляризации на обкладках конденсатора при максимальном значении напряженности электрическогополя ± Еm и при отключении внешнего поля Е = 0 соответственно;± Еc – коэрцитивная сила, т.

е. напряженность поля, при которой заряд (поляризованность Р) становится равным нулю.Диэлектрическая проницаемость ε сегнетоэлектриков достигает десятков тысяч единиц. Для характеристики свойств сегнето50электриков в различных условиях работы используют следующиевиды диэлектрической проницаемости: статическая диэлектрическая проницаемость, В/м:ст  D / 0 E ,(1)где D, Кл/м2, и Е, В/м, – координаты точек основной кривой поляризации (см. пунктирную линию на рис.

19.1); 0 = 8,85  10–12 Ф/м –диэлектрическая постоянная; дифференциальная диэлектрическая проницаемость, В/м: д  dD / 0 dE ;(2) реверсивная диэлектрическая проницаемость  p , В/м, характеризующая изменение поляризации сегнетоэлектрика в переменном электрическом поле при одновременном воздействии постоянного поля.Рис. 19.1. Петля гистерезисаВ линейных диэлектриках перечисленные виды диэлектрической проницаемости не зависят от напряженности электрическогополя и равны между собой:  ст   д   p  D / 0 E.(3)51Классическими представителями сегнетоэлектриков являютсядигидрофосфат калия (KН2РО4), нитрат натрия (NaNO2), титанатбария (ВаТiO3), триглицинсульфат ((NH2CH2COOH)3  H2SO4), сегнетова соль (NaKC4H4O6  4H2O) и др.

Это дипольные соединения,которые обладают малой механической прочностью и хорошейрастворимостью в воде. Из их водных растворов можно выраститькрупные кристаллы-сегнетоэлектрики.Принцип работы прибораЛабораторный стенд (рис. 19.2) состоит из трех частей: ПЭВМс интерфейсной платой; измерительный блок со встроенным термостатом и установленным в нем образцом; печатающее устройство. Значение напряжения на образце устанавливают с помощьюпеременного резистора, ручка которого выведена на переднююпанель блока. Все остальное управление стендом осуществляетоператор ПЭВМ.Рис. 19.2.