ИЗУЧЕНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКОВ
Цель работы: ознакомление с основными свойствами сегнетоэлектриков, измерение параметров сегнетоэлектриков по петле диэлектрического гистерезиза.
Оборудование: кристалл сегнетоэлектрика, эталонный конденсатор, вольтметр, потенциометр, понижающий трансформатор, нагревательный элемент, электронный термометр (все элементы входят в состав лабораторного стенда), осциллограф.
Краткие теоретические сведения
Любой диэлектрик в электрическом поле поляризуется. Различают три вида поляризации диэлектрика.
Электронная, или деформационная, поляризация диэлектрика с неполярными молекулами заключается в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит.
Ориентационная, или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами есть ориентация имеющихся дипольных моментов молекул по полю. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрическое поле и тепловое движение) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов молекул по полю, которая тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура.
Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками заключается в смещении подрешетки положительных ионов по полю, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.
Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются вектором поляризации, определяемым суммарным дипольным моментом единицы объема диэлектрика:
, (2.1)
где - cумма дипольных моментов молекул в объеме V.
Из опыта следует, что почти для всех диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков, о которых речь пойдет ниже), вектор поляризации Р линейно зависит от напряженности поля Е. Если диэлектрик изотропный, то
, (2.2)
где c - диэлектрическая восприимчивость вещества, eo- электрическая постоянная.
Сегнетоэлектриками называют вещества, обладающие в некотором температурном интервале спонтанной ( т.е. самопроизвольной) поляризацией, причем ее направление может быть изменено внешним электрическим полем. Основным отличительным свойством сегнетоэлектриков является возможность существования поляризации Р даже при отсутствии внешнего поля Е ( у обычных диэлектриков при Е = 0 всегда и Р = 0 ).
При отсутствии внешнего электрического поля весь кристалл сегнетоэлектрика состоит из большого числа доменов. Домен - область кристалла, в которой вещество самопроизвольно поляризовано. Вектор спонтанной поляризации Р имеет внутри домена определенную величину и направление (рис. 2.1). Но в разных доменах он ориентирован по-разному, и суммарный вектор поляризации образца может быть равен нулю при отсутствии внешнего поля.
Рис. 2.1
Во внешнем электрическом поле Е вектор поляризации Р сегнетоэлектрика будет уже отличаться от нуля.
Все необычные свойства сегнетоэлектриков проявляются ниже некоторой температуры, называемой температурой Кюри (Тc). При Т > Тc сегнетоэлектрики проявляют свойства обычного диэлектрика
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.