Подготовка к работе

Лабораторная работа относится к темам: ″Поляризация диэлектриков″, Активные диэлектрики″, ″Сегнетоэлектрики″. Предварительно необходимо выполнить задания контрольной работы (РГЗ).

В "заготовке" к работе следует:

– ознакомиться со строением и физическими свойствами сегнетоэлектрических кристаллов, особенностями их поляризации;

– ознакомиться с физическими параметрами Р, Е, U, D, ₀, ТК; записать их размерности;

– ознакомиться с методами работы c автоматическим мостом Е7-13 (см. главу 1);

– описать схемы моста Р5026 (мост Шеринга), в том числе, прямую и обратную (см. главу 1); изучить принцип балансировки моста и метод измерения емкости с помощью моста Шеринга;

– записать формулу взаимосвязи емкости С и ε в зависимости от формы и размеров образца;

– нарисовать графики, описывающие основные свойства сегнетоэлектриков от температуры, напряжения, частоты, объяснить форму петли гистерезиса;

– описать метод определения параметров формулы Кюри-Вейса по экспериментальным данным;

– описать строение, свойства варикондов и их основные параметры, в том числе, коэффициента нелинейности;

– описать строение, свойства термоконденсаторов и их применение.

Измерения и обработка материалов

Работа состоит из двух испытаний, выполняемых: а) на автоматическом мосту переменного тока Е7-13; б) на мосту Шеринга Р5026.

1. Испытание 1.

Исследование термоконденсаторов №1 и №2, изготовленных на основе титаната бария, с помощью моста Е7-13

1.1. Изучите устройство автоматического моста переменного тока Е7-13 и схему измерения.

1.2. По разрешению преподавателя включите мост переменного тока и измерьте емкости термоконденсаторов № 1 и № 2 при комнатной температуре t₀ (табл. 3.7).

Таблица 3.7

Результаты измерений

Номер образца	Параметр	Температура, оС
		t0	…	160
1	С1, пФ	?	?	?
	1	?	?	?
	ТК1, К–1	?	?	?
2	С2, пФ	?	?	?
	2	?	?	?
	ТК2, К–1	?	?	?
	А2эксп	?
	Т02эксп, oC	?

1.3. Рассчитайте значения диэлектрической проницаемости для образцов № 1 и № 2 с учетом соотношений (1.5), (1.6).

При расчете учитывайте примерные геометрические размеры диэлектриков (термоконденсатор № 1: диаметр – 6 мм; толщина – 0,5 мм; термоконденсатор № 2: диаметр – 14 мм; толщина 0,5 мм).

Возможные уточнения параметров конденсаторов приведены на стенде.

Используя рекомендуемую литературу, оцените правильность расчета. Покажите расчет преподавателю.

1.4. По разрешению преподавателя установите тумблер нагрева материалов в режим I (медленный). Измеряйте емкости С(t) двух образцов (попеременно) по мере возрастания температуры (табл. 3.7) от комнатной t₀ до 160 ^оС.

В диапазоне температуры 15 – 30 ^оС (точка Кюри для материала № 1) и 110 – 120 ^оС (точка Кюри для материала № 2) показания следует снимать через 1-2 ^оС. В остальных диапазонах измерения производите через приращение температуры не более 3-5 ^оС вплоть до температуры t ≈ 160 ^оС.

При относительно медленном нагреве допускается включение режимов II…Y…YIII (более быстрый нагрев образцов).

Выявите различие зависимостей С(t) для образцов № 1 и № 2 и объясните его с учетом механизма поляризации и строения материалов.

1.5. Выключите нагреватель и мост переменного тока.

1.6. Проведя расчеты (табл. 3.7), постройте зависимости (t) для двух образцов (на одном графике). Объясните полученные зависимости.

1.7. Проведя расчеты (табл. 3.7), рассчитайте и постройте зависимости ТК(t) для двух образцов (на одном графике).

1.8*. Проверьте закон Кюри-Вейса для сегнетоэлектриков. Для образца № 2 в области температур t > T_К постройте график зависимости 1/(T) от температуры T = (t +273) K.

По угловому коэффициенту определите константу А, рассчитайте значение Т₀. По значениям А, Т₀ сделайте вывод о типе диэлектрика и механизме поляризации.

Для расчетов рекомендуется использовать пакет Excel.

1.9*. По полученным данным определите класс керамики, применяемой в конденсаторах данного типа.