Исследование взаимодействия веществ, имеющих доменную структуру, с внешними полями

Лабораторная работа № 3

Исследование  взаимодействия веществ, имеющих  доменную структуру, с внешними полями.

Цель работы:

Выявление  характерного взаимодействия  веществ, имеющих доменную  структуру, с электрическими (магнитными) и тепловыми полями.

Содержание работы:

1. Изучение поведения заряда (индукции), возникающего на поверхности вещества, от величины приложенного электрического (магнитного) поля.

2. Определение потерь в веществе за один цикл изменения полярности приложенного поля.

3. Исследование поведения проницаемости (диэлектрической или магнитной)

от  напряжённости внешнего поля.

4. Исследование влияния теплового поля на гистерезисный цикл и на проницаемость веществ, имеющих доменную структуру.

Задание на  лабораторную работу № 3

Градуировка (масштаб) осциллографа при U =100 B, x=35 мм, у=3,5 мм.

Образец: сегнетоэлектрик—BaTiO₃, Æ15 мм, h= 1мм.

Рис.1

Построить графики e=f (U_н)  и  e=f (T).

Определить точку Кюри и температуру полной перекристаллизации доменной структуры сегнетоэлектрика.

Ход работы:

Принципиальная схема установки для исследования образцов с доменной         структурой с помощью осциллографа приведена на рисунке 2.

 Рис.2

Все вещества, имеющие доменную структуру, состоят из ограниченных облас-   тей (доменов),внутри которых все частицы-носители зарядов- двигаются не хаотически, а в одном направлении, а значит лучше поляризуются, так как им легче сориентироваться под воздействием приложенного электрического поля. Диэлектрики, состоящие из таких веществ обладают высокой проницаемостью в электрическом поле, нелинейностью, т.е. e=f(U), петлёй гистерезиса и имеют точ-

ку Кюри-температуру, выше которой начинается перекристаллизация и исчезновение доменной структуры.

ПРОИЗВОДСТВО ВЫЧИСЛЕНИЙ.                                                                                 

1.Вычисление масштаба горизонтальной оси осциллографа производится по формуле:

где  U_max- амплитуда  приложенного напряжения, В.

U- показание вольтметра, В.

х- отклонение по горизонтальной оси (35 мм), соответствующее амплитуде приложенного напряжения.

2. Масштаб вертикальной оси  осциллографа можно найти по формуле:

где Q_мах- заряд, соответствующий амплитудному значению напряжения на                                     
                обкладках конденсатора С0, Кл.                                                                                                                                                                                               

U₀- действующее напряжение на образцовом конденсаторе С0, В.

С₀- ёмкость образцового конденсатора: С₀=10⁶ пФ.                

у- отклонение по вертикальной оси, у= 3,5 мм.           

3. Напряжение  вычисляют по формуле

где U- показание вольтметра,

С₀₁- ёмкость образцового градуировочного конденсатора: С₀₁= 2,2*10³ пФ.

4. Определяем диэлектрические потери сегнетоэлектрика при комнатной тем-

 Рис.3

пературе. Мощность, рассеиваемая в сегнетоэлектрике, пропорциональна пло-   щади, ограниченной гистерезисной петлёй (рисунок 3):

Р_а=К*S

где К- коэффициент пропорциональности , Вт\мм²;

S- площадь, ограниченная гистерезисной петлёй, мм². S=2* 10³ мм².

Р_а= 9*10^-6* 2*10³=1,8 Вт.

5. Коэффициент пропорциональности  вычисляется по формуле:                                                  

где u₁-цена деления горизонтальной оси, В\мм.

q₁- цена деления вертикальной оси, Кл\мм.

f- частота, Гц. f=50Гц.

6. Активная мощность, рассеиваемая в диэлектрике, выражается уравнением:

где Q_max- амплитуда заряда на обкладках сегнетоэлектрика

U_vax- амплитуда приложенного напряжения, В.

w- угловая скорость, с^-1.                                   

tgб- тангенс угла потерь материала.

Определим из этого уравнения tgd

7.Построение зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от напряжения приложенного электрического поля e=f(U_н) Для построения этой кривой по значениям х, у , и  u₁, q₁  определяются Q_m  и  U_m:  

U_m= u₁* x₁

Q_m= q₁* y₁

Рассчитываем U_m и Q_m для всех х и у и заносим полученные результаты в Таб лицу 1 и 2.

Затем вычисляем соответствующие приложенным напряжениям значения ста

тической ёмкости по формуле:

С_ст= Q_m/U_m , а диэлектрическая проницаемость

где h- толщина образца, м;

S-площадь электрода, м², определяется по формуле

S=pR²=3,1415*(8*10^-3)²=1,8*10^-4м².

Напряжённость электрического поля в образце вычисляется по формуле

Е_м=U_м/h