3. Методика експериментального вивчення температурної залежності діелектричної проникності сегнетоелектриків і визначення їх точки кюрі
У даній роботі метод визначення діелектричної проникності речовини (сегнетоелектрика) базується на методі визначення ємності плоского конденсатора, між обкладинками якого знаходиться досліджуваний діелектрик.
Так, ємність С плоского конденсатора дорівнює (33.8), де S - площа пластини конденсатора, d - віддаль між пластинами, o - електрична стала. Тому, вимірявши ємність С та d, отримаємо шукану величину (33.9) діелектричної проникності. В даній роботі ємність конденсатора визначається через його реактивний опір RС (33.10) в колі змінного струму, = 2 ( - частота струму).
(33.8)
(33.9)
(33.10)
Якщо ввімкнути конденсатор в коло змінного струму частотою і виміряти напругу U та силу струму І, то із закону Ома знайдемо реактивний опір конденсатора RC (33.11).
(33.11)
Згідно (33.9), (33.10), (33.11) отримаємо робочу формулу (33.12) для розрахунку шуканого значення діелектричної проникності .
(33.12)
На рис.33.5 наведена принципова схема лабораторної установки для визначення залежності діелектричної проникності речовини (сегнетоелектрика) від температури.
Досліджуваний сегнетоелектрик (титанат барію) має вигляд круглої пластини, основи якої покриті тонким шаром металу. Такий конденсатор через ЛАТР (лабораторний автотрансформатор) вмикається в коло змінного струму напругою 220 В (частота 50 Гц). За допомогою ЛАТРа можна змінювати напругу та струм в колі, які вимірюються відповідними приладами - вольтметром та мікроамперметром. Нагрів пластини титанату барію здійснюється лампою розжарення Л, яка розташована поблизу сегнетоелектрика. Для вимірювання температури пластини титанату барію застосовується термометр опору. Прямий відлік температури проводиться по шкалі спеціального приладу – логометра, до якого приєднаний термоопір Rt, що має тепловий контакт з пластиною сегнетоелектрика.
4. Послідовність виконання роботи
На лабораторному стенді розташовані всі необхідні елементи і прилади для виконання роботи. Клеми приєднання кожного елемента та приладу мають відповідні позначки і виведені на вертикальний щит стенда.
-
При вимкнених джерелах струму (для ЛАТРу і лампи) згідно рис. 33.5 зібрати електричну схему. ЛАТР повинен бути встановлений на мінімальне значення вихідної напруги.
Таблиця 33.1.
|
Площа пластин S, мм2 |
Віддаль між пластинами d, мм |
Напруга, В |
|
|
|
|
На лабораторному стенді вказані значення площі пластин конденсатора S та відстань між ними d. Занести ці дані в таблицю 33.1.
2. Ввімкнути ЛАТР і, змінюючи напругу, встановити таке її значення, при якому стрілка мікроамперметра відхилилась приблизно на 0,1 його шкали. Таке відхилення забезпечить вимір подальшого збільшення струму за рахунок збільшення діелектричної проникності сегнетоелектрика при нагріванні, а потім - різке зменшення струму в точці Кюрі. Значення цієї напруги внести в таблицю 33.1.
3. Ввімкнути нагрівач (лампу розжарення Л) і при збільшенні температури через кожні 5оС знімати покази мікроамперметра. Напруга повинна залишатись сталою. Особливу увагу звернути на момент зменшення струму, який відповідає точці Кюрі. Дані занести в таблицю 33.2.
Таблиця 33.2.
|
Температура, оС |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сила струму, мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Діелектрична проникність |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Похибка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Побудувати графік залежності сили струму від температури і визначити точку Кюрі. За формулою (33.12) підрахувати значення діелектричної проникності сегнетоелектрика. Результати занести в табл. 33.2.
5. За формулою похибок (33.13) вирахувати похибки діелектричної проникності сегнетоелектрика.
(33.13)
Абсолютні похибки сили струму І та напруги U визначити за класом точності приладів. Похибки S та d вказані на лабораторному стенді.