2 сем / физика_2_6ЛР

Минобрнауки России

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра физики

ОТЧЕТ

по лабораторной работе № 6

«Исследование прямого пьезоэлектрического эффекта»

Выполнила: студентка гр. 9502		Позняк В. Ю.
Преподаватель		Павловская М.В.

Оценка лабораторно-практического занятия
Выполнение ИДЗ	Подготовка к лабораторной работе	Отчет по лабораторной работе	Коллоквиум		Комплексная оценка

Санкт-Петербург

2020

ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Вариант №18

112. Что называется циркуляцией вектора напряженности? Чему равна циркуляция вектора напряженности электростатического поля по замкнутому контуру?

Циркуляция вектора Е — это работа, которую могут совершить силы Кулона,

перемещая положительный заряд равный единице по контуру.

Электростатические силы являются консервативными, это значит, что их работа по замкнутой траектории (L) равна нулю:

где r - перемещение. Учитывая, что q≠0, получим:

119. Что такое пьезоэффект? Поясните, какое пьезоэффект называют продольным, а какой –поперечным.

Пьезоэлектрический эффект — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений.

При совпадении направлений поляризации и механического напряжения пьезоэффект называют продольным, а при их взаимно перпендикулярном расположении - поперечным.

ВОПРОСЫ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Что такое прямой пьезоэлектрический эффект?

Пьезоэлектрический эффект— эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений.

2. Начертите зависимость возникающего на поверхностях пьезоэлектрика заряда Q от нагрузки F.

3. Покажите на изображенной зависимости значение пьезомодуля d.

Пьезомодуль d равен углу наклона прямой графика функции.

4. Докажите, что индуцированный на электродах Э1 и Э2 заряд равен

связанному заряду на поверхностях пьезоэлектрика.

Поскольку потенциалы электродов Э1 и Э2 равны (см. описание операционного усилителя), то обусловленный действием силы F, связанный

заряд на поверхности ПЭ равен индуцированному на электродах Э1 и Э2

заряду.

5. Как изменится выходное напряжение U, если емкость конденсатора С

увеличить в 2 раза? Почему?

Выходное напряжение уменьшится в два раза, т.к. U=q/C

6. В чем состоит сущность метода наименьших квадратов?

Задача заключается в нахождении коэффициентов линейной зависимости, при которых функция двух переменных а и b   принимает наименьшее значение. То есть, при данных а и b сумма квадратов отклонений экспериментальных данных от найденной прямой будет наименьшей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЯМОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и определение пьезомодуля продольных колебаний в пьезокерамике.

ЭСКИЗ ИЛИ СХЕМА УСТАНОВКИ

У становка для исследования

пьезоэлектрического эффекта

(рис. 6.1) состоит из

операционного усилителя ОУ,

включенного по схеме интегратора,

измерительных электродов Э1 и Э2,

подключенных к входу операционного

усилителя, вольтметра V, измеряющего напряжение на выходе

операционного усилителя и рычажного устройства РУ, позволяющего

регулировать силу нагрузки F на исследуемый пьезоэлектрик ПЭ, который

помещается между измерительными электродами.

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1. Напряжение на конденсаторе.

2) Заряд Q, возникающий в пьезоэлектрике под действием силы F.

3) Пьезомодуль d и его погрешность.

4) Остаточный заряд Q₀.

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №6

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЯМОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА»

табл. 1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ui , В	2,6	2,8	3	3,2	3,4	3,6	3,8	4	4,2	4,6
Fi , Н	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30

С = 1,2 нФ

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Рассчитаем и внесем в талб. 2 значения связанных поляризационных зарядов на исследуемом образце, воспользовавшись измеренными значениями Ui.

табл.2

q1 , Кл
q2 , Кл
q3 , Кл
q4 , Кл
q5 , Кл
q6 , Кл
q7 , Кл
q8 , Кл
q9 , Кл
q10 , Кл

2. Определим среднее значение пьезомодуля и его погрешность через метод наименьших квадратов.

_

d = {\displaystyle {\overline {x}}} {\displaystyle {\overline {x}}}

__

Δd =

3. Определим остаточный заряд на поверхности пьезоэлектрика после снятия механического напряжения, связанный с предварительной поляризацией диэлектрика..

𝑸_𝟎=𝑸̅−𝒅̅∙𝑭̅

Q₀ = Кл

4. Построим график зависимости связанных поляризационных зарядов от приложенной силы, проведя через полученные экспериментальные значения прямую 𝑸̅ , угловой коэффициент которой является найденным ранее значением пьезомодуля.

ВЫВОД

В ходе лабораторной работы было рассчитано экспериментальное значение пьезомодуля через угловой коэффициент прямой графика зависимости Q от F, который был получен методом наименьшим квадратов. Конечный график функции Q(F) через экспериментальные точки подтвердил линейную зависимость данной функции.