Изучение зависимости спонтанной поляризации и диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от температуры

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.

Порядок работы.

Исследуемый образец представляет собой плоскопараллельную пластинку сегнетоэлектрической конденсаторной керамики толщиной d (0,6мм) и площадью S (25мм²)с посеребренными плоскостями, к которым припаяны электрические выводы.

Рис. 1.Схема эксперимента: C_x – сегнетоэлектрический конденсатор; C₀ – линейный конденсатор;

Т – термопара; 10Х,1Х – пробники с коэффициентом ослабления 10 и 1 соответственно; К1,К2 –

первый и второй каналы осциллографа.

В схеме выполняется условие C₀<<C_x , благодаря которому можно считать, что практически все напряжение с генератора падает на конденсаторе C_x(порядка нФ), и следовательно напряжение U_x, снимаемое с этого конденсатора, является синусоидальным. Напряжение U_x через пробник 10X подается на вход канала 1 осциллографа (К1). Это напряжение пропорционально напряженности электрического поля в сегнетоэлектрике

.

Второй канал осциллографа (К2) через пробник 1X подключен к линейному конденсатору C₀(1мкФ±10%). Если измерительная цепь (пробники подсоединенные к осциллографу) не оказывает сильного влияния на тестируемую схему, то можно приближенно полагать равенство зарядов на двух последовательно соединенных конденсаторах: , где U_y - напряжение на линейном конденсаторе. Кроме того, из граничных условий на поверхности раздела металлическая обкладка – сегнетоэлектрик следует, что в сегнетоэлектрике

.

Комбинируя две последние формулы, получим

.

Напряжение на линейном конденсаторе оказывается пропорциональным электрической индукции в сегнетоэлектрике. Если, кроме того, выполняется условие P>>ε₀E, то можно записать для поляризации

.

При исследовании зависимости свойств сегнетоэлектрика от температуры схема (см. рис. 1) дополняется устройством для подогрева образца и измерения его температуры. Образец нагревается в печке, представляющей собой проволочное сопротивление, на которое подается регулируемое напряжение от источника. Температура контролируется термопарой либо полупроводниковым датчиком температуры. Датчик температуры находится в тепловом контакте с одной из пластин сегнетоэлектрического конденсатора.

Обработка данных эксперимента.

Задание 1. Измерение коэрцитивного поля, остаточной и спонтанной поляризации по графику петли предельного цикла. Измерения проводились при частоте 800 Гц.

Pr*S/C0

Ec*d

Ps*S/C0

По графику было получено:

 

( Большая погрешность обусловлена тем, что участок насыщения выражен неявно.)

Также были определены средние за период в единице объема потери энергии на переполяризацию образца и мощность потерь.

Величины определялись по клеточкам, что и определило большую погрешность.

Задание 2. Построение основной кривой поляризации.

Задание 3.

Задание 4.