69551

Вивчення властивостей нелінійних діелектриків

Лабораторная работа

Физика

На температурній залежності можна спостерігати максимуми проникності обумовлені фазовими переходами типу зсуву сегнетоелектричпа фаза зберігається і порядок безладдя перехід у параелектричну фазу. На польовій залежності можна спостерігати зростання і максимум...

Украинкский

2014-10-06

83 KB

0 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НТУУ “КПІ”

Кафедра мікроелектроніки

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА  № 7

Вивчення властивостей нелінійних діелектриків

Курс “Фізика твердого тіла”

Для бакалаврів електроніки

КИЇВ 2002

- 1 -

МЕТА   РОБОТИ  

Нелінійні властивості сегнетоелектриків виявляються у залежності їхньої діелектричної проникності від температури, напруженості змінного і постійного електричних полів.

На температурній залежності  можна спостерігати максимуми проникності,  обумовлені фазовими переходами типу зсуву (сегнетоелектричпа фаза зберігається) і порядок - безладдя (перехід у параелектричну фазу).

На польовій залежності можна спостерігати зростання і максимум проникності при збільшенні напруженості змінного поля, петлю гістерезиса, спад проникності при фіксованому змінному  і зростаючому постійному полі (реверсивна характеристика або характеристика керування).

Основна мета роботи -     експериментально визначити залежності проникності сегнетоелектрика від напруженостей змінного і постійного полів.

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

!. Вивчити основні теоретичні положення по нелінійним властивостям сегнетоелектриків.

2. Ознайомитися із приладами і роботою вимірювального стенда.

3. Визначити залежність проникності сегнетоелектрика від напруженості змінного електричного поля і подати її у графічному вигляді.

4. Визначити залежність проникності сегнетоэлектрика від напруженості постійного електричного поля при фіксованому змінному (реверсивну характеристику) і подати її у графічному вигляді.

5. Діапазон зміни напруги і частоту визначає викладач.

6. Зробити аналіз і висновки за результатами роботи.

7. Підготувати відповіді на контрольні питання.


  •  2 -

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Наявність доменної структури в сегнетоелектриках і можливість зміни напрямку вектора спонтанної поляризації призводять до появи в них, поряд із пружною і тепловою поляризацією, специфічного механізму поляризації - доменної ориентаційної.

Діелектрична проникність характеризується відношенням поляризованности P до напруженості електричного поля  E:

                                                           .                                                  (1)

Для сегнетоелектриків, у яких , це відношення має вигляд:

                                                            ,                                                 (2)

де Pu, P0 - внесок відповідно индукованих механізмів поляризації і орієнтаційиої поляризації.

Індукована поляризація є наслідком зсуву електронів, іонів і жорстко закріплених диполів під дією зовнішнього електричного поля.  Енергія, що витрачається на индуковану поляризацію, незначна, тому і діелектричні втрати при цьому механізмі поляризації звичайно малі.  У слабких полях поляризованість практично не залежить від напруженості поля.  Ориентаційна поляризація P0 обумовлена зміною доменної структури, тобто, переорієнтуванням доменів, зародженням доменів із новою орієнтацією вектора поляризації і рухом доменних стінок.  Таким чином, оріентаційна поляризація зводиться, у цілому, до зміни напрямку вектора спонтанної поляризації в деяких областях.  Це призводить до значної залежності поляризованості від напруженості зовнішнього електричного поля і супроводжується підвищенням втрат у сегнетоелектриках у сильних полях.

Оріентаційна поляризація доменів відповідальна за нелінійну  залежність діелектричної проникності від поля (мал.1а).   У слабких полях ( до 10 В/см) діелектрична проникність майже не залежить від поля, хоча і має досить високе значення ( ) у порівнянні зі звичайними діелектриками, обумовлене индукованою поляризацією і сильним спонтанним внутрішнім полем.  Зменшення проникності після  максимуму характеристики можна пояснити, виходячи із формули (2).  На цій ділянці поляризованість P0 не змінюється, оскільки вона досягла насичення, відносний внесок Pu незначний, а E продовжує збільшуватися.

Характеристика керування являє собою залежність діелектричної проникності  від напруженості  постійного поля  E=(Mал.1б).

 

                                                        - 3 -

 Діелектрична проникность сегнетоелектриків зменшується у постійному полі E=.  Така       залежність пояснюється ефектом «затиснення» доменів. Постійне поле орієнтує вектори спонтанної поляризації кожного домена по полю й утрудняє переорієнтування доменів змінним полем.   

                        а)                                       б)

                                        Мал.1

                                     МЕТОДИКА ВИМІРУ  

Діелектрична проникність на низьких частотах визначається шляхом виміру ємності конденсатора із сегнетоелектриком і наступним обчисленням проникності  по формулі плоского конденсатора:  

                                                                    ,                                                      (3)

де С - визначена ємність досліджуваного конденсатора;  Ф/м - електрична постійна; d і S - товщина і площа конденсатора.

                                      Ср                                      Rр

                                                            С

                         U1                R          U2                U=

                                             Мал.2

Ємність сегнетоелектричного конденсатора визначається шляхом вимірювання струмоу, що протікає через зразок, при відомих частоті f  і напругі на  зразку U.

Спрощена  схема вимірювального стенду приведена на мал.2.  

 Зневажаючи активною провідністю зразка, ємність сегнетоконденсатора розраховують по формулі:

                                                         ,                                   (4)

де I - струм, що протікає через конденсатор при напрузі (U1 - U2); f - частота змінної напруги; R - резистор, увімкнений послідовно  із сегнетоконденсатором; U2 - падіння напруги на цьому резисторі; U1 - повна напруга на RC - ланцюжку.

                                                             - 4 -

Призначення інших елементів схеми: Ср іпризначені для розділу ланцюгів змінної і постійної напруги; U= - вольтметр постійної напруги.

                           

Порядок виконання роботи

1.  Визначити залежність U2 = F(U1) у межах зміни напруги  U1=20…260V через 20V при U==0.

2. Визначити залежність U2 = F(U=) у межах зміни напруги  U= =0…240V через 20V  при  U1= const.  Значення U1 варто вибирати поблизу максимуму е.  (Мал.1а).

3. Обчислити: ємність сегнетоконденсатора по формулі (4), проникність по формулі (3) і напруяженість полів Е~= U1/d, Е= = U = / d .

4. Побудувати графіки залежностей ε  = ε (Е~) і ε  = ε (Е=).  

5. Результати вимірів і розрахунків занести в таблиці.

6. Провести аналіз результатів і зробити висновки.

Таблиця 1.  ε = ε (Е~) при U= = 0.                              Таблиця 2.  ε = ε (Е=) при U1  =

U1 , V

U2 , mV

C, F

ε

Е~, kV/m  

U==, V

U2 , mV

C, F

ε

Е=, kV/m  

20

0

40

20

60

40

80

60

100

80

120

100

140

120

160

140

180

160

200

180

220

200

240

220

260

240

                                                  Зміст звіту

  1.  Основна мета роботи.
  2.  Розрахункові співвідношення.
  3.  Результати вимірів і розрахунків, зведені к таблиці.
  4.  Графічні залежності ε  = ε (Е~) і ε  = ε (Е=).  
  5.  Аналіз результатів і висновки по роботі.

                                                КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

  1.  Які механізми поляризації характерні для сегнетоелектриків?
  2.  Що таке поляризованість і відносна діелектрична проникність?
  3.  Чим відрізняється спонтанна поляризація від индукованої?
  4.  Поясніть зростання проникності при збільшенні напруженості змінного поля і наявність максимуму?
  5.  Поясніть реверсивний вигляд характеристики керування.  Яке технічне застосування може мати ця властивість сегнетоелектриків?

- 5 -

ЛІТЕРАТУРА

  1.  Методические  указания к лабораторным роботам по курсу “Физика твердого тела”.  - Киев: КПИ, 1990.
  2.  Поплавко Ю.М. Физика диэлектриков.  - Киев: Выща школа, 1980.


Е
~

ε

ε

Е=

е. нач

εо

εнач

 

Джерело

постійної

напруги

Генератор

змінної

напруги

V

V

V


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

54399. Множення. Переставна властивість множення 115 KB
  Переставна властивість множення. Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів про зміст дії множення натуральних чисел про переставну властивість множення; властивості нуля і одиниці під час множення;формувати навички множення багатоцифрових чисел; розвивати пам’ять увагу мислення; виховувати наполегливість старанність акуратність під час виконання записів у зошитах. Яке ж слово зашифроване по вертикалі Множення.
54400. Множення раціональних чисел 264.5 KB
  Ще навкруги в лісах лежать сніги. Учень 1: В перекладі з давньогрецької підсніжник означає молочно квітковий тому що має білі квіти. Учень2: У світі спостерігається зменшення кількості підсніжників що пов’язано з масовим зриванням квітів на букети викопуванням цибулин.
54401. Множення десяткових дробів 83 KB
  Множення десяткових дробів. Створити проблемну ситуацію спільно з учнями вивести правило множення десяткових дробів на розрядну одиницю натуральне число і десятковий дріб; навчитися користуватися правилом множення десяткових дробів під час виконання вправ; розвивати увагу алгоритмічні і логічне мислення. десяткового десяткового дробу на розрядну дробу на натуральне одиницю...
54402. Множення звичайних дробів. Розв’язування задач і вправ 1.76 MB
  Мета уроку: Повторення, узагальнення та систематизація матеріалу теми, підготовка до контрольної роботи; розвиток уваги й пам’яті, мислення та математичного мовлення; виховання інтересу до математики.
54403. Множина та ії елементи 88 KB
  Мета уроку: Формувати знання учнів про множину та ії елементи, способи знання, порожню множину, рівні множин, сприяти розвитку навичок роботи з множиною, логічного мислення здібностей до самоаналізу, виховувати інформаційну і соціальну компетентності.
54404. Множина та її елементи 78 KB
  Мета: формувати знання про множину та її елементи; вивчити означення рівних множин, порожньої множини; розглянути способи задання множини; відтворювати означення вивчених понять; формулювати вивчені властивості; розв’язувати найпростіші завдання на використання вивчених понять.
54405. ПОШУК НОВИХ ФОРМ РОБОТИ ЗІ ЗДІБНИМИ УЧНЯМИ В ПОЗАШКІЛЬНОМУ ПРОСТОРІ ЦЕНТР РОЗВИТКУ ОБДАРОВАНОЇ МОЛОДІ – ОДНА З ТАКИХ ФОРМ 153 KB
  Слід сказати що новий заклад має популярність серед школярів: майже всі хто в місті займається творчістю наукою бере участь в предметних олімпіадах відвідують секції ЦРОМу. Пропонуємо до уваги модель секції УМ та ТЛ†в складі ЦРОМ. Модель секції УМ та ТЛ†Наповнюваність секції: 820 учнів різних за віком: 7 – 11 клас. Мета секції: Створення сприятливих умов для розкриття й реалізації творчого потенціалу філологічно обдарованих дітей і тих...
54406. Модель випускника Запорізького педагогічного коледжу, майбутнього вчителя іноземної мови 57 KB
  викладач вищої категоріївикладачметодист голова циклової комісії викладачів іноземних мов Запорізького педагогічного коледжу Модель випускника Запорізького педагогічного коледжу майбутнього вчителя іноземної мови Відомо що сучасна педагогічна освіта передбачає підготовку викладача іноземної мови як правило у трьох типах вищих навчальних закладів: на відповідних факультетах педагогічних лінгвістичних...
54407. Урок в умовах модернізації шкільної освіти 49 KB
  Триєдине завдання уроку Освітня: озброїти учнів системою знань умінь і навичок. сформувати продовжити формування закріпити такі спільні навчальні вміння та навички на матеріалі цього уроку . для вирішення завдання розвитку у школярів самостійності мислення і в навчальній діяльності забезпечити в ході уроку . забезпечити в ході уроку розвиток мовлення учнів; збагачувати й ускладнювати словниковий склад і смислові функції мови учнів під час вирішення освітніх завдань.