Контрольные вопросы

1. Что называется конденсатором? Дайте определение ёмкости конденсатора.

2. Запишите выражение для ёмкости плоского конденсатора.

3. Получите законы изменения напряжения на конденсаторе в процессе его заряда и разряда.

4. Какая величина называется временем релаксации цепи?

Лабораторная работа № 4 Исследование сегнетоэлектрика

Цель работы: ознакомление со свойствами сегнетоэлектриков, осциллографическим методом получения кривой поляризации и её зависимости от температуры.

Краткое теоретическое введение

Сегнетоэлектрики - диэлектрики с необычными и интересными свойствами. Первоначально эти свойства были обнаружены у сегнетовой соли ( ). В настоящее время известно большое количество соединений, обладающих сегнетоэлектрическими свойствами. По практическому использованию наиболее распространенным является титанат бария ( ).

Назовем свойства сегнетоэлектриков.

1. В некотором температурном интервале диэлектрическая проницаемость достигает очень больших значений ( ).

2. Зависимость поляризованности от напряженности электрического поля нелинейная.

3. Диэлектрическая проницаемость не является постоянной величиной и зависит от напряженности поля.

4. Наблюдается явление диэлектрического гистерезиса.

5. При нагревании сегнетоэлектрика выше определенной температуры , различной для разных веществ, сегнетоэлектрические свойства исчезают, и образец превращается в обычный диэлектрик.

Р ассмотрим поляризацию сегнетоэлектрика. Возьмем сегнетоэлектрик в форме пластинки и поместим его между обкладками конденсатора. Если образец первоначально не был поляризован, то при увеличении напряженности электрического поля поляризованность будет изменяться по кривой (рис.1). При некотором значении напряженности поля поляризованность достигает насыщения. Кривая называется основной кривой поляризации.

Если уменьшать напряженность поля, то поляризованность будет уменьшаться уже по кривой .

При сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность .

Чтобы уничтожить остаточную поляризацию нужно приложить электрическое поле обратного направления. Поляризованность сегнетоэлектрика обращается в нуль при некотором значении напряженности поля . Значение называется коэрцитивным полем.

При дальнейшем циклическом изменении электрического поля поляризованность будет изменяться в соответствии с петлеобразной кривой, изображенной на рис.1. Эта кривая называется петлей гистерезиса.

Сегнетоэлектрики имеют важные практические применения. В частности, материалы сложного состава, приготовленные на основе сегнетоэлектриков и имеющие высокую диэлектрическую проницаемость, используют при изготовлении миниатюрных конденсаторов большой емкости.

Работа реального конденсатора, включенного в цепь переменного тока, сопровождается потерями энергии в диэлектрике. Можно показать, что мощность диэлектрических потерь пропорциональна площади петли гистерезиса. Поэтому в сегнетоконденсаторах используют материалы с максимально узкой петлей гистерезиса.

Причиной сегнетоэлектрических свойств кристаллов является существование в них областей самопроизвольной (спонтанной) поляризации, в которых возникает большой дипольный момент даже в отсутствие внешнего электрического поля. Эти области называются диэлектрическими доменами. Спонтанная поляризация в обычных условиях не проявляется, так как размеры доменов малы, а направление поляризованности в разных областях различно.