Электричество и магнетизм (стр. 14 из 24)
Процесс изменения поляризованности сегнетоэлектрика во внешнем электрическом поле состоит в переориентации дипольных моментов отдельных доменов в изменении объемов и движении границ между доменами.
Сегнетоэлектрики получили широкое применение в науке и технике. Например, на их основе получены конденсаторы с зависящей от температуры емкостью, так называемых варикондов.
Экспериментальная установка
Общий вид экспериментальной установки представлен на рис. 3, схема которой приведена на рис. 4. Образец представляет собой небольшой диск из сегнетоэлектрика с посеребренными поверхностями – вариконд 1.
Диэлектрическая проницаемость e исследуемого сегнетоэлектрика рассчитывается по измерениям емкости конденсатора С1:
(2)Для температурных исследований образец помещается в нагреватель 2, питание которого осуществляется от сети. Скорость нагрева можно регулировать. Температура сегнетоэлектрика измеряется с помощью дифференциальной термопары 3 подключенной к милливольтметру 5, с пределом измерения 10 мВ. Контрольный спай термопары погружен в калориметр с таящим льдом 4. Градуировочная кривая термопары дана в приложении к прибору. Для измерения емкости вариконда используется измеритель иммитанса Е 7-15 6, внешний вид которого приведен на рис. 5.
Для проведения измерения достаточно подключить исследуемый образец к зажимам и установить нужный режим измерения. Нажатием кнопки «Параметр» установить прибор в режим измерения LC.
Для визуализации процесса используется электронный осциллограф ЭО.
Тумблером вида работ можно переключать схему на измерения и визуализацию.
Проведение эксперимента.
1. Собрать цепь по схеме на рис. 3
2. Переведите тумблер вида работ на визуализацию.
· К клеммам ГЗ подключить звуковой генератор (600 Ом)
· Подключить осциллограф ЭО.
· Подать напряжение на установку и получить на экране осциллографа петлю гистерезиса.
3. Переведите тумблер вида работ на работу с измерительным прибором.
· Разарретировать милливольтметр. При необходимости с помощью корректора установить стрелку (зайчик) прибора на ноль.
· Нагреватель установки при выполнении этого задания должен быть отключен.
· Заполнить колотым льдом или снегом сосуд, в который погружается контрольный спай термопары. Лед должен быть таящим, для чего в сосуд можно добавить воды, чтобы получить смесь воды и льда. После этого милливольтметр должен показывать наличие термоЭДС (» 0,9 мВ).
· Для электропитания внешних приборов можно использовать розетки, закрепленные на панели прибора.
4. Температурные измерения лучше проводить при остывании сегнетоэлектрика. Этим обеспечивается более равномерный режим изменения температуры. Поэтому включите нагреватель и прогрейте сегнетоэлектрик до 110-1200С. Для определения температуры образца пользуйтесь градуировкой термопары.
5. Выключите нагреватель. С уменьшением температуры емкость вариконда начинает изменяться. Необходимо снимать показания измерительного прибора (емкость вариконда С) в соответствии с показаниями милливольтметра вплоть до остывания образца до комнатной температуры.
6. Заполните таблицу. Пересчитайте термоЭДС в температуру по шкале Цельсия. По формуле 2 рассчитайте величину диэлектрической проницаемости вариконда для каждой температуры.
7. Постройте график зависимости диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрика от температуры e=f(t) и по максимальному значению диэлектрической проницаемости определите точку Кюри для данного вида сегнетоэлектрика tk и Тк.
8. Постройте график зависимости 1/e от абсолютной температуры 1/e = f(T) в области Т>Тк. В соответствии формулой (1) этот график график представляет собой прямую линию:
По величине углового коэффициента найдите значение константы А в законе Кюри-Вейсса, а по точке пересечения прямой с осью ординат определите температуру Т0. По порядку величины А и по соотношению между Тк и Т0 сделайте вывод о типе сегнетоэлектрика, используемого в работе.
Примечания:
Данные схемы: R1=1,5 кОм, R2 = 100 кОм, С0 = 10 мФ
Частота измерения: n = 300 Гц
Размеры сегнетоэлектрика: толщина d = 1 мм, диаметр D = 20 мм.
Чувствительность осциллографа по горизонтальной оси: Ux = 1В/дел.
Чувствительность осциллографа по вертикальной оси: Uy = 0,5 В/дел
Градуировка термопары 26,042 град/мВ
| № п/п | Показание миливольтметра, мВ | t°C |
| 1 | 0,9 | 23,44 |
| 2 | 1,0 | 26,04 |
| 3 | 1,1 | 28,64 |
| 4 | 1,2 | 31,25 |
| 5 | 1,3 | 33,85 |
| 6 | 1,4 | 36,46 |
| 7 | 1,5 | 39,06 |
| 8 | 1,6 | 41,66 |
| 9 | 1,7 | 44,27 |
| 10 | 1,8 | 48,87 |
| 11 | 1,9 | 49,48 |
| 12 | 2,0 | 52,08 |
| 13 | 2,1 | 54,68 |
| 14 | 2,2 | 57,29 |
| 15 | 2,3 | 59,89 |
| 16 | 2,4 | 62,50 |
| 17 | 2,5 | 65,10 |
| 18 | 2,6 | 67,70 |
| 19 | 2,7 | 70,31 |
| 20 | 2,8 | 72,91 |
| 21 | 2,9 | 75,52 |
| 22 | 3,0 | 78,12 |
| 23 | 3,1 | 80,72 |
| 24 | 3,2 | 83,33 |
| 25 | 3,3 | 85,93 |
| 26 | 3,4 | 88,54 |
| 27 | 3,5 | 91,14 |
| 28 | 3,6 | 93,74 |
| 29 | 3,7 | 96,35 |
| 30 | 3,8 | 98,95 |
| 31 | 3,9 | 101,56 |
| 32 | 4,0 | 104,16 |
Контрольные вопросы
1. Поляризация диэлектриков.
2. Электронная теория поляризованного диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость.
3. Сегнетоэлектрики и их свойства.
4. Диэлектрический гистерезис в сегнетоэлектриках, петля гистерезиса, точка Кюри.
5. Как получить петлю гистерезиса на экране осциллографа.
6. Природа сегнетоэлектрических свойств.
7. Практическое применение сегнетоэлектриков.
8. Описание экспериментальной установки и теория данного метода.
Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:
1. Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм.- М.: Высшая школа, 1983.
2. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.
3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.
4. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.
6. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.
7. Парсел Э. Курс физики Т.2 Электричество и магнетизм – М.: Наука, 1971.
8. Рублев Ю.В., Куценко А.Н., Кортнев А.В. Практикум по электричеству. – М.: Высшая школа, 1971.
9. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.
10. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука, 1983.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10
ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ