3 Методика выполнения работы

В данной работе следует определить диэлектрическую проницаемость () и тангенс угла диэлектрических потерь (tg).

Потери энергии в сегнетэолектрике определяются с помощью осциллографа, на экране которого получают изображение петли гистерезиса в координатах q = f(U), пропорциональное петле в координатах Р = f(Е). Чтобы получить данную зависимость, на вертикально отклоняющие пластины электронно-лучевой трубки ЭЛТ) осциллографа, нужно подать напряжение, пропорциональное заряду на обкладках исследуемой емкости С_х, диэлектриком которой служит сегнетоэлектрик, а на горизонтально отклоняющие пластины ЭЛТ - напряжение, пропорциональное падению напряжения на С_х(рис.5). Последовательно с исследуемой емкостью включают эталонную, известную емкость С₀. Через обе эти емкости протекает одинаковый ток I, следовательно, заряд на обкладках конденсатора будет одинаковым:

, (1)

откуда

т. е. напряжение на эталонном конденсаторе, поданное на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ, пропорционально заряду исследуемой емкости С_х.

Рис. 5. Схема измерительной установки.

Покажем, что напряжение U_r, которое подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, пропорционально U_x.

Обозначим через U₁напряжение, подаваемое на конденсаторы, т.е. напряжение, снимаемое с сопротивления R. Тогда ток в цепи запишется в виде

.

Падение напряжения на исследуемом конденсаторе равно

(1’)

Выразим U₁через напряжение U_r, подаваемое на горизонтальные пластины

,(2)

где R' - часть сопротивления R, с которого снимаем падение напряжения U_r.

Подставляя (2') в (2), получаем:

. (3)

Теперь подставляем (3) и (1’) и получим

.

При С_х<< С₀

,.

Итак, на горизонтально отклоняющие пластины подается напряжение, пропорциональное U_r. В результате на экране ЭЛТ получили изображение петли гистерезиса, площадь которой с учетом масштабов по осям будет пропорциональна потерям энергии внешнего поля.

Масштаб по оси Х находят по формуле: m_x=U_r/x,

где U_r- замеряют ламповым вольтметром. В; х - отклонение луча по оси X, см.

Масштаб по оси Y вычисляют по формуле: m_y=q/y,

где q = C₀U₀. U₀- напряжение на эталонной емкости, В (замеряют ламповым вольтметром; С₀- емкость эталонного конденсатора, Ф; у - отклонение луча по оси Y в см.

Потери мощности за один цикл вычисляется по формуле

,

где S - площадь петли гистерезиса в см²;f- частота напряжении в Гц.

Тангенс угла диэлектрических потерь определяют по формуле

.

Значение вычисляют по формуле, где S - площадь пластин конденсатора; d - расстояние между пластинами,;Ф/м; C_хопределяют по формуле (1), замерив q и U_x.

Изменением напряжения U_xв заданном интервале с помощью ЛАТРа снимают циклы поляризации q = f(Е) на кальку. Зная U_х, U₀и С₀, диэлектрическую проницаемость вычисляют по формуле

,

где - емкость исследуемого конденсатора с воздушным зазором.

Напряженность электрического поля в диэлектрике Е определяют как отношение E=U_x/d.

4 Порядок выполнения работы

1. Изучив описание работы, собрать схему (рис. 5).

2. После проверки схемы включить ее и выставить значения эталонной емкости С₀и U_r, заданные преподавателем.

3. Снять полученную петлю гистерезиса на кальку, вычислить ее площадь, масштабы по осям, подавая напряжение поочередно на выходы Х и Y.

4. Вычислить tgи.

5. Снять зависимости tg=f(E) и=f(Е) в указанном преподавателем диапазоне напряжений.

Вопросы для самостоятельной работы

1. Основные свойства сегнетоэлектриков.

2. Природа сегнетоэлектриков.

3. Зависимость свойств сегнетоэлектриков от внешних воздействий.

4. Применение ceгнетоэлектрических материалов.

5. Методы исследования свойств сегнетоэлектриков.