Изучение свойств сегнетоэлектрика

Страницы работы

8 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Выполнил:  Художитков В.Э. гр. 032.1

Лабораторная работа №4.3

«Изучение свойств сегнетоэлектрика»

Цель работы: изучение зависимости спонтанной поляризации и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от температуры и измерение характеристических параметров образца из сегнетоэлектрической керамики.

Оборудование: осциллограф, пробники, генератор синусоидального сигнала, макет с двумя конденсаторами, сегнетоэлектрический конденсатор, термопара, источник тока.

Ход работы:

Задание №1: Запись петли гистерезиса предельного цикла. Определение коэрцитивного поля Ec, остаточной Pr и спонтанной поляризации Pδ. Определение потерь энергии на переполяризацию образца.

Исходя из данных по величине коэрцитивного поля для различных сегнетоэлектриков и толщины исследуемого образца сегнетоэлектрика, определим примерный диапазон рабочего напряжения генератора. С помощью пробника 10Х и осциллографа проверим, обеспечивает ли выходное напряжение генератора этот диапозон.

Перед началом работы проверим работоспособность схемы. Для этого вместо исследуемой емкости Сх включим в схему обычный линейный конденсатор имеющийся в макете с конденсаторами.

Рис.1. Схема для записи петли гистерезиса: Cx – сегнетоэлектрический конденсатор; С0 – линейный конденсатор; Т – термопара; 10Х – пробник с коэффициентом ослабления 10; 1Х – пробник с коэффициентом ослабления 1; К1,К2 – первый и второй каналы осциллографа, соответственно.

В экранном формате YT подберём уровень выходного напряжения и частоту генератора, чувствительность каналов осциллографа, скорость разверстки, тип, наклон и уровень синхронизации для получения на экране устойчивой картинки.

После настройки осциллографа заменим в схеме линейный конденсатор на конденсатор заполненный сегнетоэлектриком Cx. Переведем экран в формате XY и настройкой выходного напряжения получим петлю гистерезиса с выраженным участком насыщения – петли предельного цикла.

Из графика определяем PS=9600, Pr=7200 и Е=2,5 (CГС). При этом средняя мощность потерь за период ΔN=5294585,98, а энергия потерь ΔW=7563,7 (СГС).

Задание №2: Построение зависимости εdif (E) и определение ε.

Построим основную кривую поляризации D(E). Основная кривая поляризации является геометрическим местом точек вершин частных циклов, которые получены при различных амплитудах переменного поля в образце. Достаточно измерить максимальные амплитуды периодических сигналов Umx и Umy при различных значениях напряжения с генератора и по формулам:

 (1),

 (2),

рассчитать соответствующие координаты вершин частных циклов.

Umx,V

Umy,mV

E,CГС

D,СГС

εdif(E)

20

70,4

1,111111

10610,688

32243,17778

28,8

128

1,6

19292,16

31155,576

35,6

178

1,977778

26828,16

30315,15644

44

260

2,444444

39187,2

29276,99111

55,2

396

3,066667

59685,12

27892,77067

64

512

3,555556

77168,64

26805,16889

72,8

624

4,044444

94049,28

25717,56711

84

720

4,666667

108518,4

24333,34667

92

860

5,111111

129619,2

23344,61778

102

940

5,666667

141676,8

22108,70667

112

980

6,222222

147705,6

20872,79556

120

1040

6,666667

156748,8

19884,06667

132

1100

7,333333

165792

18400,97333

148

1180

8,222222

177849,6

16423,51556

158

1240

8,777778

186892,8

15187,60444

176

1300

9,777778

195936

12962,96444

188

1360

10,44444

204979,2

11479,87111

204

1400

11,33333

211008

9502,413333

226

1480

12,55556

223065,6

6783,408889

244

1540

13,55556

232108,8

4558,768889

262

1600

14,55556

241152

2334,128889

282

1660

15,66667

250195,2

-137,693333

Экспериментальные точки аппроксимируем с помощью полинома.

Зависимость εdif (E) строится численным интегрированием кривой D(E):

 (3),

 

a ε = 34715±7536  определяется из выражения:

 (4).

Задание №3: Определение температурной зависимости спонтанной поляризации PS(T) и температуры перехода TC.

Поместим конденсатор, заполненный сегнетоэлектриком, в нагреватель. Измерить PS при увеличении температуры образца от комнатной до 80 °С. С увеличением температуры PS уменьшается и при температуре перехода TC перехода становится близкой к нулю. Построим график PS(T) и определим по нему TC=117°С. Нанесем на график флажок ошибок для каждой точки.

T,°C

U,mV

U0,mV

Ps(T)

31,1

600

800

9600

42,1

550

733,3

8799,6

46,3

500

666,6

7999,2

53,2

450

599,9

7198,8

58,5

400

533,2

6398,4

62,6

350

466,5

5598

64,7

300

399,8

4797,6

67,6

250

333,1

3997,2

72,1

200

266,4

3196,8

77,1

150

199,7

2396,4

79,5

150

199,7

2396,4

72,7

200

266,4

3196,8

66,4

250

333,1

3997,2

63,3

300

399,8

4797,6

61,6

350

466,5

5598

58,2

400

533,2

6398,4

53,5

450

599,9

7198,8

48,2

500

666,6

7999,2

44,6

550

733,3

8799,6

Задание №4: Определение температурной зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика ε(T). Проверка закона Кюри-Вейсса в области фазового перехода.

Снимем зависимость емкости конденсатора, заполненного сегнетоэлектриком, от температуры CX(T).  Для того чтобы построить график зависимости ε(T), используем соотношение , где  - емкость конденсатора без сегнетоэлектрика. Также снимем зависимость ε(T) при остывании образца.

C,пкФ

T,°C

C,пкФ

T,°C

ε1(T)

ε2(T)

857

24,5

3496

81,1

232,4593128

948,0677966

867,7

26

3570

80,2

235,3616637

968,1355932

966

30,2

3720

79

262,0253165

1008,813559

1261

35

3900

77,8

342,0433996

1057,627119

1497

40

4010

77

406,0578662

1087,457627

1600

57

4140

76

433,9963834

1122,711864

1705

60,4

4270

75

462,477396

1157,966102

1805

62,4

4370

74

489,60217

1185,084746

1924

63,9

4440

73

521,880651

1204,067797

2017

64,8

4460

72

547,1066908

1209,491525

2106

65,4

4410

71

571,2477396

1195,932203

2226

66

4365

70

603,7974684

1183,728814

2318

66,3

4265

69

628,7522604

1156,610169

2410

66,6

4080

68

653,7070524

1106,440678

3915

71,4

3760

67

1061,934901

1019,661017

4153

73,6

3310

66

1126,491863

897,6271186

4133

76

2880

65

1121,066908

781,0169492

4064

77

2495

64

1102,350814

676,6101695

3969

78

2230

63

1076,582278

604,7457627

3842

79

2100

62

1042,133816

569,4915254

3788

79,5

2020

61

1027,486438

547,7966102

3570

82

1950

60

968,3544304

528,8135593

3280

85

1900

59

889,6925859

515,2542373

3047

88

1853

58

826,4918626

502,5084746

2915

90

1809

57

790,6871609

490,5762712

2850

91

1773

56

773,0560579

480,8135593

2785

92

1740

55

755,4249548

471,8644068

1718

54

465,8983051

1696

53

459,9322034

1677

52

454,779661

1661

51

450,440678

1646

50

446,3728814

1630

49

442,0338983

1618

48

438,779661

1608

47

436,0677966

1597

46

433,0847458

1593

45

432

1590

44

431,1864407

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Отчеты по лабораторным работам
Размер файла:
84 Kb
Скачали:
0