Вивчення електричних властивостей сегнетоелектриків (Лабораторна робота № 4), страница 2

                                                                            (6)

де  - товщина пластини сегнетоелектрика.

Підставивши  з формули (5) в (6) отримаємо

                                                            (7)

Вертикальне відхилення променю пропорційне напрузі  на еталонному конденсаторі :

,                                                                 (8)

де  - заряд на обкладках конденсатора .

Через те, що конденсатори  та  включені послідовно, то заряди на обкладках обох конденсаторів рівні. Тому

,                                                         (9)

де  - поверхнева густина вільних зарядів на обкладках сегнетоконденсатора;  - площа пластин сегнетоконденсатора, який уявляє собою  паралельно з’єднаних конденсаторів з площею однієї обкладки  ().

Внаслідок того, що поверхнева густина вільних зарядів s чисельно дорівнює електричному зміщенню  (), із співвідношення (9) знайдемо

                                                        (10)

Отже електричне зміщення  пропорційне вертикальним відхиленням променю на екрані осцилографа (10), а напруженість електричного поля в сегнетоелектрику пропорційна зміщенню променю по горизонталі (7). Виключивши розгортку осцилографа на екрані, можна спостерігати залежність , яка уявляє собою петлю гістерезису. В зв’язку з тим, що  крива, що спостерігається, відображає також і залежність , але, звичайно, в іншому масштабі.

Зміщення променю по осям X та Y залежить від чутливості осцилографа по відповідних каналах. Якщо ціну поділки масштабної сітки осцилографа по осі X позначити через  (в вольтах на поділку), а по осі Y - через , то по зміщенню променю визначається напруга

,                                                                         (11)

Враховуючи (11), формули (7) та (10) приймають вигляд

                                                                                (12)

                                                                                          (13)

Виконання роботи.

1)  Зібрати схему (мал. 4) і включити осцилограф. На первинну обмотку підвищуючого трансформатора подається напруга частотою 50 гц генератора ГЗ-33. З вторинної обмотки трансформатора напруга подається на послідовно з’єднані конденсатори С та С_o.

2)  Виключити розгортку осцилографа. Ручками керування променю встановити освітлену пляму в центр екрану.

3)  Подати змінну напругу на вариконд і отримати на екрані стійке зображення петлі гістерезису. У випадку спотвореної петлі гістерезису необхідно почекати кілька хвилин для прогріву сегнетоелектрика.

4)  Вирізати за розміром екрану кальку. Перезняти петлю гістерезису з екрана на кальку, на якій попередньо нанести сітку з сантиметровими поділками.

5)  Визначити координати верхньої точки петлі гістерезису x_o та y_o (при максимальній петлі гістерезису в поділках масштабної сітки і записати отримані величини в таблицю. За допомогою вольтметра або осцилографа провести калібровку каналів X та Y. При цьому звернути увагу на те, що вольтметр показує ефективне значення напруги, а зміщення променю на екрані осцилографа визначається амплітудним значенням напруги. Для осцилографа С1-68 чутливість входу «Пластини Х» не менша 1 мм/В, чутливість входу «Пластини Y» не менша 0.6 мм/В.

6)  Поступово зменшуючи напругу живлення, провести 8 - 10 вимірів значень координат X та Y верхнього кінця петлі при різних напругах.

7)  За формулами (12) та (13) підрахувати  і D та занести їх в таблицю.

8)  Побудувати графік залежності D=D(E).

9)  Знайти відносну діелектричну проникливість e = D/e_oE, використовуючи отриману залежність D=D(E), та побудувати графік e = e(E).

10) З граничної петлі гістерезису знайти залишкову індукцію D_o та коерцитивну силу E_k.

11) Підрахувати роботу з переполяризації одиниці об’єму діелектрика за один період змінної напруги.

Контрольні запитання.

1)  Що таке електричний диполь ?

2)  Яке фізичне тлумачення вектора поляризації ?

3)  Що таке діелектрична проникливість речовини ?

4)  Що таке сегнетоелектрики ?

5)  Що таке температура Кюрі ?

6)  Що таке явище гістерезису та як отримують петлю гістерезису ?

7)  Яка суть залишкової індукції  залишкової поляризації  та коерцитивної сили  ?

8)  Як підраховується напруженість та індукція електричного поля у діелектрику в даній роботі ?

9)  Як визначити ціну поділки на екрані осцилографа ?

10)Як підрахувати роботу з переполяризації діелектрика ?

11)Намалювати схему лабораторної установки та пояснити принцип її роботи.