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.
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 і Rр призначені 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
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
- 5 -
ЛІТЕРАТУРА
Е~
ε
ε
Е=
е. нач
εо
εнач
Джерело
постійної
напруги
Генератор
змінної
напруги
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
75328. | Феодально-рыцарская культура Западной Европы в XII-XV веков | 37 KB | |
Феодальнорыцарская культура Западной Европы в XIIXV вв. Рыцарские турниры имитировавшие настоящие сражения приобрели особую пышность в XIII XIV вв. В XII в. Магистром поэтов называли Гираута де Борнейля последняя треть XII начало XIII в. | |||
75329. | Торговля в средние веки, ее эволюция и роль | 32.5 KB | |
Возрождение торговли В XI в феодальное общество начало медленно просыпаться от тяжелого сна Страсть к путешествиям приключениям сразу рассеяла общее оцепенение таково завоевание Англии обеих Сицилии. Некоторые из этих предприятий носили политический другие религиозный характер; но все они способствовали развитию торговли потому что благодаря им устанавливались сношения между теми странами откуда выходили завоеватели и теми где они водружали свои знамена С этого времени руанские купцы пользуются правом свободной торговли в Лондоне где... | |||
75330. | Раннее Возрождение и гуманизм в Италии XIV-XV веков | 36.5 KB | |
Возникновение культуры Возрождения было подготовлено рядом общеевропейских и локальных исторических условий. Богатый процветающий итальянский город стал главной базой формирования культуры Возрождения светской по своей общей направленности и во многом отвечавшей потребностям его общественного развития. означал духовное обновление подъем культуры после ее тысячелетнего упадка в средние века: отношение деятелей новой культуры к средневековому варварству было подчеркнуто негативным. Идейной основой ренессансной культуры был гуманизм... | |||
75331. | Государство периода феодальной раздробленности | 32.5 KB | |
Феодальная анархия аристократический стройПо мере разветвления правящей династии в раннефеодальных государствах расширения их территории и административного аппарата представители которого осуществляют власть монарха над местным населением собирая дань и войско увеличивается количество претендентов на центральную власть периферийные военные ресурсы увеличиваются а контрольные возможности центра ослабевают. Верховная власть становится номинальной и монарх начинает избираться крупными феодалами из своей среды при этом ресурсы избранного... | |||
75332. | Испания и Португалия в XIV-XV веках | 42 KB | |
Испания и Португалия в XIVXV вв. Пиренейский полуостров в XIV XV вв. Арагон на протяжении всего периода осуществлял планомерную экспансию в Средиземноморье: он подчинил Балеарские острова в конце XIII первой половине XIV в. Крайне неблагоприятные последствия для полуострова как и для остальной Европы имела эпидемия чумы в середине XIV в. | |||
75333. | Особенности социально-экономического и политического развития Англии в XII-XIII веках | 39 KB | |
Развитие товарно-денежных отношений в деревне в целом тяжело отразилось на широких массах крестьянства. С развитием рынка росли потребности феодалов. Коммутация ренты ускорила и углубила начавшееся задолго до XIII в. имущественное расслоение крестьянства | |||
75334. | Английское общество и государство в XIV-XV веков | 43.5 KB | |
Английское общество и государство в XIVXV вв. Во второй четверти XIV в. Под давлением экономической необходимости и усиливающейся борьбы крестьянства многие даже крупные феодалы к середине XIV в. Малая производительность барщинного труда там где он сохранялся слабая приспособляемость домениального хозяйства к условиям рынка наконец нехватка наемной рабочей силы в хозяйстве феодалов коммутировавших барщину уже к середине XIV в. | |||
75335. | Испания и Португалия в XI-XIII вв. Ход Реконкисты | 66.5 KB | |
Испания и Португалия в XIXIII вв. Окончательная победа реконкисты В течение XI XIII вв. За два столетия с середины XI до середины XIII в. Причины успехов реконкисты коренились во внутренней истории как самого Халифата так и Кастилии и Арагона а также в характере реконкисты с конца XI по конец XIII в. | |||
75336. | Четвертый крестовый поход. Захват Константинополя и образование Латинской империи | 34.5 KB | |
Четвертый крестовый поход. Четвертый крестовый поход 1202-1204. Поэтому папа Иннокентий III 1198-1216 развернул пропаганду похода направленного против Египта. В Четвертом крестовом походе справедливо усматривают переломный момент и кризис крестоносного движения ибо впервые жертвой крестоносцев стали христианские государства. | |||