Ознакомление с основными свойствами сегнетоэлектрических материалов, исследование закономерностей нелинейной спонтанной поляризации осциллографическим методом

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Кафедра ЭТМ

Отчет по лабораторной работе № 2.1

"Исследование сегнетоэлектриков"

                                                            Студенты:                    Зиборов Александр

                                                                                                Петухов Денис

                                                                                                Полушкин Алексей

                                                            Группа:                        3026/1

Преподаватель:            Костенко Эмма

Михайловна

СПбГПУ

2002

Цель работы  –  ознакомление с основными свойствами сегнетоэлектрических материалов, исследование закономерностей нелинейной спонтанной поляризации осциллографическим методом.

            Схема установки:

 

            Расчетные формулы и соотношения, используемые в работе:

 

                                                ,

             где u – масштаб по горизонтали;   

                   U – показания вольтметра при градуировке, В;

                   x – горизонтальное отклонение луча от центра экрана, дел.

 

где q – масштаб по вертикали;

       Q_a – амплитудное значение заряда;

            y – вертикальное отклонение луча от центра экрана при градуировке, дел.

       C₀₁ – величина образцовой ёмкости слюдяного конденсатора;

       C₀ – конденсатор высокой ёмкости.

                        Результаты измерений и вычислений:

Табл. 1. Определение масштабов горизонтального и вертикального отклонения

 луча.

U, В	x, дел.	u, В/дел.	y, В/дел.	С0, мкФ	С01, пФ	q, Кл/дел.
150	40	3,75	7	10	2200	3,86·10-8

            Табл. 2. Результаты измерений и расчетов.

Измеренные величины						Расчетные величины
U, В	xa, дел	ya, дел	xc, дел	yr, дел	s, дел2	Ua, В	Qa    ·10-6, Кл	Cст  ·10-9, Ф	Uc, В	Qr  ·10-7, Кл	kпр	tgd
150	40	30	7	12	680	150	1,16	7,72	26,25	4,63	0,400	0,090
140	36	29	6	12		135	1,12	8,29	22,5	4,63	0,414
130	34	28	6	11	610	127,5	1,08	8,48	22,5	4,25	0,393	0,102
120	31	27	5,5	11		116,25	1,04	8,97	20,625	4,25	0,407
110	28	25	5,5	11	550	105	0,97	9,19	20,625	4,25	0,440	0,125
100	25	24	5,5	10,5		93,75	0,93	9,88	20,625	4,05	0,438
90	22	23	5,5	10,5	325	82,5	0,89	10,8	20,625	4,05	0,457	0,102
80	21	19	5	10		78,75	0,73	9,31	18,75	3,86	0,526
70	17	18	5	8,5	210	63,75	0,70	10,9	18,75	3,28	0,472	0,109
60	14	14	5	7		52,5	0,54	10,3	18,75	2,70	0,500
50	11	11	4	4,5	164	41,25	0,43	10,3	15	1,74	0,409	0,216
40	9	8	2,5	2,5		33,75	0,31	9,15	9,375	0,97	0,313
30	7	4	2,5	1,5	55	26,25	0,15	5,88	9,375	0,58	0,375	0,313

            Пример расчета для U = 110 В:

 

Табл. 3. Определение температуры точки Кюри сегнетоэлектрического

конденсатора для U = 40 В и x_a = 7 дел.

T, °C	18	20	25	30	35	40	45	50	55	60	70	75
ya, дел	14	15	15	15	15	15	16	19	17	14	12	9
Qa·10-7, Кл	5,4	5,79	5,79	5,79	5,79	5,79	6,18	7,33	6,56	5,40	4,63	3,47
Cст·10-8, Ф	2,06	2,21	2,21	2,21	2,21	2,21	2,35	2,79	2,50	2,06	1,76	1,32

            Из графика (рис. 3) видно, что Т_к = 52 °C

                        Анализ полученных результатов и выводы:

            При выполнении работы были исследованы свойства сегнетоэлектрика, затем были построены графики зависимостей Q_a(U), C_ст(U), Q_r(U), tgd(U) (рис.1), петли гистерезиса  при разных значениях напряжения U (рис.2), а так же график зависимости С_ст(Т).

            Из графиков видно, что статическая ёмкость сегнетоэлектрического конденсатора С_ст зависит от напряжения U. Таким образом, изменяя напряжение можно влиять на ёмкость. Это объясняется нелинейной зависимостью поляризованности сегнетоэлектрика от напряженности поля.

            На ёмкость сегнетоэлектрического конденсатора так же можно повлиять путем изменения температуры. Кривая такой зависимости имеет резко выраженный максимум. Температура в точке этого максимума называется температурой Кюри Т_к. При температурах ниже Т_к в сегнетоэлектрике существует спонтанная поляризация и существует гистерезис. При температурах выше Т_к спонтанная поляризация исчезает и петля гистерезиса превращается в линейную зависимость заряда на обкладках от напряжения.