4.2. Описание установки и метод измерения

Для наблюдения петли гистерезиса сегнетоэлектрика собирают электрическую цепь по схеме, указанной на рис.4.5.

Рис.4.5

С_х -конденсатор с сегнетоэлектрическим диэлектриком (вариконд);

С_о -эталонный конденсатор; R₁ и R₂ -омический делитель напряжения.

Напряжение от звукового генератора (ЗГ) подводится к сегнетоэлектрику через последовательно соединенный с ним конденсатор С_о большой емкости. (С_о»С_х) Вследствие малого сопротивления перемен- ному току конденсатора С_о большая часть напряжения от ЗГ приложена к С_х. Заряды на последовательно соединенных конденсаторах равны, т.е. U_оС_о = U_хС_х,

откуда , (4.8)

которое подается на вертикальный вход осциллографа.

Заряд q_х пропорционален вектору электрической индукции в образце:

, (4.9)

где S - площадь пластин конденсатора С_х.

На вертикально отклоняющихся пластинках осциллографа возникает напряжение, пропорциональное электрической индукции D. Так как С_х«С₀, то к С_х приложено почти все переменное напряжение, подведенное к схеме. Это напряжение связано с напряженностью электрического поля соотношением

Е = U_х/h, (4.10)

где h - толщина сегнетоэлектрика. Напряжение U_х подается на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа с омического делителя R₁, R₂.

На экране осциллографа возникает картина, изображающая электрические характеристики сегнетоэлектрика в координатах, пропорциональных Е и P (см. формулы (4.4), (4.3), и так как для нашего образца æ » 1, то ε₀E « P ≈ D ).

4.3. Порядок выполнения работы

4.3.1. Наблюдение нелинейной поляризации сегнетоэлектрика

на экране осциллографа

1. Подготовить звуковой генератор:

• вывести на минимум (крайнее левое положение)"Регул. выхода";

• установить частоту f = 2кГц;

• соединить выход задающего генератора со стендом.

2. Подготовить осциллограф:

• включить осциллограф тумблером "Сеть";

• перевести ручки "Усиление" координаты Х и "Усиление" координаты У в крайнее левое положение;

• после 5-минутного прогрева осциллографа с помощью ручек "Ось Х" и "Ось У" установить светящееся пятно в центре экрана;

• регуляторами "Яркость" и "Фокус" установить на экране четкое изображение пятна;

• постепенно увеличивая напряжение на выходе генераторе, получить на экране осциллографа петлю гистерезиса с характерным изгибом.

4.3.2. Снятие кривой зависимости вектора поляризации

от напряженности внешнего поля Р = f(Е)

1. Собрать цепь по схеме (см.рис.4.5).

2. Изменяя напряжение И_хэф через 0,2 В, которое подается на горизонтальную ось осциллографа и пропорционально напряженности внешнего поля, поворотом ручки "Рег. выхода" генератора, измерять напряжение И_уэф на конденсаторе С_о универсальным вольтметром В7-16.

3. Результаты измерений И_хэф и И_уэф записать в таблицу.

4. Для каждого значения И_хэф определить напряженность Е по формуле (4.10), для каждого значения И_уэф определить значение вектора поляризации Р по формуле (4.9). Для сегнетоэлектриков ε » 1 (а для нашего образца ε ~ 10⁴), электрическая индукция D приблизительно равна Р.

5. Построить график зависимости максимальной поляризации Р_мах от величины максимальной напряженности электрического поля Р_мах= f(Е_мах).

6. Для каждого значения Е определить диэлектрическую проницаемость по формуле ε = Р / ( ε_оЕ) и построить график зависимости ε = f(Е). Значения S и h указаны на передней панели прибора.