4. Явление гистерезиса

Д

P

В

А

ля сегнетоэлектриков характерно явление диэлектрического гистерезиса («гистерезис» по-гречески означает «запаздывание»), чем и обусловлена необратимость поляризации. График зависимости поляризованности от напряженности внешнего электрического поля представлен на рис.6. С ростом напряженности поля поляризованность кристалла увеличивается от 0 до P_n , что соответствует участку кривой ОА В точке А сегнетоэлектрик «насыщен». В этом случае (рис.6) поляризованность всех доменов сориентирована по направлению внешнего электрического поля.

P_n



Р₀

- Е _а

Е _к

E _внеш

0

Е _к

Е _а

M

А^/

Рис.6. Петля диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектрике

Последующее увеличение E (отрезок АВ) соответствует линейному росту P (угол  мал), обусловленному чисто электронной поляризацией. При снижении E_внеш до точки E_а значение P убывает по прямой BA, а затем изменение P отстает от изменения E. При E = 0 сегнетоэлектрик остается поляризованным (P₀ - остаточная поляризация). Для снятия последней к сегнетоэлектрику надо приложить противоположное по знаку поле. Напряженность этого поля ( -E_к ). называется коэрцитивной силой. Дальнейшее увеличение напряженности поля с обратной полярностью приведет кривую в точку A^/, симметричную A. При увеличении напряженности электрического поля от – E_a до + E_a функция P = f (E) пройдет по кривой A^/MA. Полученная замкнутая кривая называется петлей гистерезиса. Это петля предельного цикла (сплошная линия, рис.6). Если же при максимальной напряженности внешнего поля насыщения не достигнуто, то получится меньшая петля гистерезиса, называемая частным циклом (пунктирная линия, рис.6).

Петлю гистерезиса можно наблюдать, если подвести к образцу из сегнетоэлектрика с посеребренными поверхностями (сегнетоконденсатор) переменное напряжение. Часть электрической энергии в диэлектрике переходит в тепло и называется диэлектрическими потерями, которые принято характеризовать тангенсом угла диэлектрических потерь tg. Если W₀ - максимальная плотность энергии, запасенная в конденсаторе, W_т - энергия, перешедшая в тепло в единице объема диэлектрика за время одного периода, тогда

(8)

Математический анализ параметров петли гистерезиса позволяет преобразовать формулу (8) в выражение:

,

где S_Г - площадь петли гистерезиса в координатах x, y;

x₀ и y₀ - координаты вершины петли гистерезиса.

2. Описание экспериментальной установки

2.1. Приборы и принадлежности

Кассета ФПЭ-02, источник питания ИП, электронный осциллограф С1-117/1, цифровой универсальный вольтметр В7-40, кабели и соединительные провода.

В настоящей работе в качестве диэлектрика исследуется вариконд – сегнетоэлектри-ческий конденсатор с резко выраженными нелинейными свойствами, обладающий большой емкостью, малыми размерами, ограниченным диапазоном рабочих частот и температур, а также высоким значением диэлектрических потерь. Вариконд - сегнетоэлектрический конденсатор находится в составе кассеты ФПЭ-02.