Экспериментальное определение характеристик сегнетоэлектрика

Рубрика : 3 курс

Полная версия с картинками

Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

Кафедра нелинейной физики

КУРСОВАЯ РАБОТА
Экспериментальное определение характеристик сегнетоэлектрика.
Студента 3 курса факультета нелинейных процессов

Саратов 2010
Содержание:
Введение…………………………………………………………………………3
Физические свойства сегнетоэлектриков……………………………………...4
Существующая лабораторная работа………………………………………….6
Предлагаемый метод……………………………………………………………8
Генератор с самовозбуждением – основа установки………………………...9
Заключение……………………………………………………………………...11
Список литературы……………………………………………………………...12

Введение
Сегнетоэлектриками называются вещества, обладающие спонтанной электрической поляризацией, которая может быть обращена приложением электрического поля E подходящей величины и определенного направления. Этот процесс, называемый переполяризацией, сопровождается диэлектрическим гистерезисом. Сегнетоэлектрики во многих отношениях являются электрическим аналогами ферромагнетиков, в которых намагниченность I может быть обращена магнитным полем H. Однако по своей микроскопической природе сегнетоэлектрики и ферромагнетики совершенно различны.
Сегнетоэлектрики обладают интересными электрическими свойствами; во многих твердых телах силы связи носят главным образом электрический характер, и тот факт, что в сегнетоэлектриках эти силы могут проявляется весьма ярко, существенно облегчает их изучение.


Сегнетоэлектрики являются твердыми телами, причем все они неметаллы. Свойства сегнетоэлектриков проще всего изучать, если вещество находится в монокристаллическом состоянии.
Тремя наиболее яркими особенностями сегнетоэлектриков являются обратимая поляризация, «аномальные» свойства и нелинейности. Большинство сегнетоэлектриков перестает быть сегнетоэлектриками выше некоторой температуры ТK, называемой температурой перехода. Аномальное поведение вблизи ТK, вероятно не менее важно, чем обратимая поляризация, но оно не является достаточным определением сегнетоэлектрика. При температуре ТK диэлектрическая проницаемость резко возрастает до весьма больших значений; именно эти большие значения в окрестности ТK называют аномальными значениями.

используя эти технологии киев телевизоры

Физические свойства сегнетоэлектриков
В 1920 г. была открыта спонтанная (самопроизвольная) поляризация. Сначала её обнаружили у кристаллов сегнетовой соли(NaKC4H4O6•4H2O), а затем и у других кристаллов. Всю эту группу веществ назвали сегнетоэлектрики (или ферроэлектрики). Детальное исследование диэлектрических свойств этих веществ было проведено в 1930 – 1934 гг. И.В. Курчатовым в ленинградском физическом техникуме. Все сегнетоэлектрики обнаруживают резкую анизотропию свойств (сегнетоэлектрические свойства могут наблюдаться только вдоль одной из осей кристалла). У изотропных диэлектриков поляризация всех молекул одинакова, у анизотропных – поляризация, и следовательно, вектор поляризации в разных направлениях разные. В настоящее время известно несколько сотен сегнетоэлектриков.
Рассмотрим основные свойства сегнетоэлектриков:
1. Диэлектрическая проницаемость е в некотором температурном интервале велика( ).
2. Значение е зависит не только от внешнего поля E0, но и от предыстории образца.
3. Диэлектрическая проницаемость е (а следовательно, и Р) – нелинейно зависит от напряженности внешнего электростатического поля (нелинейные диэлектрики).
Это свойство называется диэлектрическим гистерезисом. На рисунке 1 изображена кривая поляризации сегнетоэлектрика – петля гистерезиса.

Рис. 1
Здесь точка а – состояние насыщения.
При это говорит о том, что в кристаллах имеется остаточная поляризованность PС, чтобы ее уничтожить, необходимо приложить EС – коэрцитивную силу противоположного направления.
4. Наличие точки Кюри – температуры, при которой (и выше) сегнетоэлектрические свойства пропадают. При этой температуре происходит фазовый переход 2-го рода. (Например, титанат бария: 133є С; сегнетова соль: – 18 + 24є С; дигидрофосфат калия: – 150є С; ниобат лития 1210є С).
Причиной сегнетоэлектрических свойств является самопроизвольная (спонтанная) поляризация, возникающая под действием особо сильного взаимодействия между частицами, образующими вещество.

а б
Рис. 2
Стремление к минимальной потенциальной энергии и наличие дефектов структуры приводит к тому, что сегнетоэлектрик разбит на домены (рис. 2). Без внешнего поля P – электрический импульс кристалла равен нулю (рис. 2, а). Во внешнем электростатическом поле домены ориентируются вдоль поля (рис. 2, б).
Сегнетоэлектрики используются для изготовления многих радиотехнических приборов, например, варикондов – конденсаторов с изменяемой емкостью.

Существующая лабораторная работа
Структурная схема

Электрическая схема

Изображённая схема вобрана в модуле ФПЭ-02.
На передней панели модуля имеется:
1) Ручка «Рег U» потенциометра R3.
2) Гнёзда «PV» — для подключения вольтметра.
3) Гнёзда «PO»(«Y», «X», "") — для подключения осциллографа.
От источника питания на схему поступает напряжение сети 22B, 50Гц. Напряжение, снимаемое со вторичной цепи понижающего трансформатора T (220/100), через потенциометра R3 подаётся на делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R1 и R2. Параллельно делителю R1, R2 включены последовательно два конденсатора C1 и эталонный конденсатор C2. Вольтметра PV обеспечивает измерение величины напряжения, подаваемого на цепи R1, R2 и C1, C2.
Осциллограф PO служит для наблюдения и изучения поляризации сегнетоэлектрического конденсатора C1 при подаче на него переменного гармонического напряжения.

Предлагаемый метод
Предлагаемая схема для снятия зависимости ёмкости конденсатора сегнетоэлектрика от прикладываемого к обкладкам постоянного напряжения.

С помощью данной схемы мы можем снять зависимость частоты от постоянного напряжения и по формуле Томсана определяем зависимость ёмкости конденсатора от напряжения.

Генератор с самовозбуждением – основа установки.

Показатели осциллографа

При показателях на резисторах 100кOм и 15кОм

При показателях на резисторах 50kOm и 30 kOm

Заключение
• В работе проведён обзор существующих методик в лабораторных работах.
• Установлено, что все они однотипны и используют большие амплитуды переполяризации и следовательно конденсатор работает в нелинейном режиме.
• Предложена методика эксперимента в котором на конденсатор подаётся постоянное смещение и одновременно он используется как элемент колебательного контура автогенератора в режиме малых амплитуд.

Список литературы
1. Лабораторный практикум по физике. Под редакцией К.А. Барсукова и Ю.И. Уханова: ”Высшая школа” Москва 1988г. стр144.
2. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина: Второе издание, издательство “Наука” Москва 1973г. стр 322.
3. Ю.В. Рублёв, А.Н.Кученко, А.В.кортнев. Практикум по электричеству: ”Высшая школа” Москва 1971г. стр66.
4. В.И. Козлов. Общий физический практикум. Электричество и магнетизм. Издательство Московского университета 1987г . стр43.


Хотите получать материалы на e-mail?