№ 68 (1107948)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 68ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГОГИСТЕРЕЗИСА В СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХСоставил описание доц. Горшков С.Н.Москва 2012 г.Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИССЛЕДОВАНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГИСТЕРЕЗИСАВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКАХЦель работы - изучение явления диэлектрического гистерезиса,определение параметров предельной петли гистерезиса и их зависимости оттемпературы.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯЯвление диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектриках состоит в том,что в этих материалах при определенных температурах такие величины.
какполяризация Р, полный электрический момент р образца и электрическаяиндукция D являются неоднозначными функциями напряженностиэлектрического поля Е и зависят от предыстории изменения поля в образце. Прициклическом изменении величины напряженности поля Е графическоеизображение зависимости величин P, р, D от Е имеет вид петли, называемойпетлей диэлектрического гистерезиса.В данной задаче явление диэлектрического гистерезиса изучается напримере гистерезисной зависимости электрической индукции D отнапряженности электрического поля Е в сегнетоэлектрическом кристаллетриглицинсульфата (сокращенно ТГС), в котором имеется единственная точкаКюри TK = 49 °С. Для исследования используется кристаллический образец ввиде пластинки, вырезанной из кристалла ТГС перпендикулярно направлению, вкотором возникает спонтанной поляризации при температурах ниже Tк. Наширокие поверхности пластинки нанесены металлические обкладки, образующиеплоскийконденсатор ипозволяющиепри подаче нанихпеременногонапряжениясоздаватьвобразцепеременноеэлектрическое поле с напряженностью Е = U/а, где d - толщина образца.
Вкачестве переменного напряжения в задаче используется напряжение с частотойгородской сети (f = 50 Гц).Для наблюдения петли диэлектрического гистерезиса используетсяосциллограф, на горизонтально отклоняющие пластины которого подаетсянапряжение Uх, пропорциональное напряженности электрического поля Е вкристалле, а на вертикально отклонявшие пластины - напряжение Uy,4пропорциональное электрической индукции D.
На экране осциллографа всоответствующем масштабе будет при этом воспроизводиться изображениепетли гистерезиса, которое электронный луч пробегает с частотой 50 Гц всекунду.Принципиальная схема получения напряжений Uх и Uу представлена нарис. 1. В этой схеме конденсатор Ск, образованный металлическими обкладками,нанесенными на образец, подключается к источнику переменного напряжения ипоследовательно с опорным конденсатором Со большой емкости С0. Ск ( С0 = 0,1 мкФ).При таком соединении конденсаторы СK и С0 в любой момент времени имеютодинаковый заряд, который можно определить по формулеQ= СU,С = СкС0/(Ск + С0 )где(1)емкость последовательного соединения конденсаторов Ск и С0.
В результатенапряжение на конденсаторе Ск принимает вид:Uк = Q/Cк =[C0/(Cк + С0)] U U(2)и, следовательно, напряженность электрического поля Е в кристаллеоказывается пропорциональной напряжению Ux на сопротивлении R2:E = Uк/d U/d = (R1 + R2)Ux/R2 d .(3)Далее заметим, что электрическая индукция D поля в конденсаторе Cк,содержащем образец, равна D = оE’, где E’ - электрическое поле, котороесоздавалось бы в этом конденсаторе тем же зарядом Q на обкладках, но вотсутствии кристалла. Тогда можно написатьD = оE’= Q/S = C0Uy/S,(4)где S - площадь обкладок конденсатора Ск. Следовательно, электрическаяиндукция в кристалле D оказывается пропорциональной напряжению Uy наконденсаторе C0.Форма петли гистерезиса, наблюдаемая на экране осциллографа, и еепараметры - коэрцитивная сила и остаточная электрическая индукция(совпадающая по величине с остаточной поляризацией в соответствии сформулой D = OE + P) - зависят от температуры образца, поскольку оттемпературызависитвеличинавозникающей в нем спонтанной(самопроизвольной) поляризации.
Для изучения температурной зависимостиформы и параметров петли гистерезиса конденсатор Ск, содержащий образец,помещается внутрь нагревательной катушки, при пропускании тока черезкоторую выделяется джоулево тепло, приводящее к увеличению температурыобразца.Для контроля за температурой образца рядом с ним внутри нагревателя(нагревательной катушки) помещается термистор - полупроводниковый прибор,5сопротивление которого изменяется по известному закону при увеличениитемпературы. Подключая термистор к источнику э.д.с.
и измеряя протекающийчерез него ток, можно определить сопротивление термистора, а значит, итемпературу образца в данный момент времени.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИБлок-схема установки для изучения явления диэлектрического гистерезисаприведена на рис. 2 и состоит из следующих основных частей :1.Нагревательное устройство - элемент установки, внутри которогоразмещены обмотка нагревателя, исследуемый образец и термистор, служащийдля измерения температуры.2.Гистерезиограф - прибор, содержащий все элементы схемыформирования напряжений Uх и Uу, схемы измерения температуры и схемынагревателя, не вошедшие в нагревательное устройство.3.Осциллограф - для наблюдения петли диэлектрического гистерезиса.Вид нагревательного устройства ( в разрезе) представлен на рис.
3.Образец (исследуемый кристалл с нанесенными металлическими обкладками)1 и термистор 2 расположены в камере 3, закрывающейся сверху крышкой 4. Попериметру камеры 3 проходит обмотка нагревателя 5, при включении тока черезкоторую температура в камере может изменяться от комнатной до примерно600C.
Камера 3 защищена от окружающей среды теплоизолирующим стаканом 6изпенопласта. На подставке термостата имеется электрический разъем 7 с тремяпарами выводов, которые служат для подключения образца 1, термистора 2 и6нагревателя 5 к гистерезиографу.Передняя панель гистерезиографа схематически изображена на рис. 4.Тумблеры на передней панели гистерезиографа имеют следующее назначение:1) тумблер СЕТЬ служит для включения прибора в сеть;2).тумблер КРИСТАЛЛ включает схему формирования напряжений Uх и Uy,пропорциональных напряженности электрического поля и электрической индукции вобразце (ключ К в схеме на рис.
I);3) тумблер ТЕРМОМЕТР включает ток через обмотку нагревателя 5 (см. рис. 3).Переключатель переменного напряжения 0+400 В, расположенный на переднейпанели слева, служит для выбора величины напряжения U и подачи его на образец всхеме формирования напряжений Uх и Uy (переключатель П в схеме на рис. 1).Вольтметр V, расположенный над переключателем (вольтметр V в схеме на рис.
1),служит для определения точного значения напряжения U в вольтах в каждом изположений переключателя. С клемм х и у снимаются напряжения Uх и Uy нагоризонтально и вертикально отклоняющие пластины осциллографа.В правой части передней панели гистерезиографа расположен микроамперметрА, который включен в цепь термистора и предназначен для отсчета температуры.Градуировочная кривая шкалы микроамперметра, т.е. график зависимости токачерез микроамперметр от температуры, помещена на столе рядом с установкой.Для наблюдения петли гистерезиса используется осциллограф C1-72.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАЧИВключение экспериментальной установки и подготовка ее кработе1. Сопоставьте экспериментальную установку с блок-схемой,приведенной на рис.
2. Найдите в установке нагревательное устройство игистерезиограф, ознакомьтесь с передней панелью прибора.2. Включение осциллографаПеред включением прибора в сеть установите органы управления лучом вследующие положения: ручки , * , , в среднее положение;СТАБИЛЬНОСТЬ - в крайнее правое положение; переключательВОЛЬТ/ДЕЛЕН. - в положение 1; кнопку ВХОД X - нажмите, кнопку отожмите. Затем, проверив, что шнур питания осциллографа подключен к сети~ 220 В, тумблером СЕТЬ включите прибор.
При этом должна загоретьсясигнальная лампочка. Через 2-3 минуты, если необходимо, отрегулируйтеяркость и фокусировку возникшей на экране осциллографа светящейся точкиручками * и . Если луч на экране осциллографа не виден даже примаксимальной яркости, при помощи ручек и переместите его в пределырабочей части экрана.73. Включение гистерезиографаПеред включением гистерезиографа в сеть установите тумблерыПОДОГРЕВ, КРИСТАЛЛ, ТЕРМОМЕТР на его передней панели в положениеВЫКЛ.
Затем, проверив, что шнур питания гистерезиографа подключен к сети~ 220 В, включите прибор тумблером СЕТЬ. При этом около тумблера СЕТЬ наприборе должна загореться красная сигнальная лампочка.4. Установите переключатель напряжений 0400 В на передней панелигистерезиографа в положение 400 В и тумблером КРИСТАЛЛ включите схемуформирования напряжений Uх и Uy , пропорциональных напряженностиэлектрического поля Е и электрической индукции D в образце. При этом наэкране осциллографа должно появиться изображение петли гистерезиса.
Спомощью ручек осциллографа и установите изображение петли гистерезисав центре экрана электронно-лучевой трубки и отрегулируйте яркость и фокусизображения (с помощью ручек * и ).5. Установите переключатель ВРЕМЯ/ДЕЛЕН, на передней панели осциллографа втакое положение (например 0,2 s или 0,5 s), при котором петля гистерезиса на экранеосциллографа становится наиболее удобной для наблюдения.6. Определите температуру образца в термостате в момент включения установки.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
