 |
Наблюдение петли Гистерезиса и определение температуры Кюри сегнетоэлектрика
|
|
|
|
| В основу метода наблюдения петли гистерезиса на экране осциллографа ЭО положена схема, представленная на рис.4. Эталонный конденсатор Сэ и исследуемый конденсатор Сх соединены последовательно и питаются переменным током от внешнего источника. Эталонный конденсатор Сэ имеет |
постоянную диэлектрическую проницаемость eэ, конденсатор Сх заполнен сегнетоэлектриком (титанатом бария BaTiO3). Конденсатор Сх соединён с горизонтально отклоняющими пластинами осциллографии, конденсатор Сэ – с вертикально отклоняющими пластинами. Напряжение U на конденсаторе Сх пропорционально напряжённости поля Е в диэлектрике. Поэтому горизонтальное отклонение луча на экране пропорционально Е. Напряжение U на эталонном конденсаторе Сэ пропорционально индукции D электрического поля в нём. Конденсаторы Сх и Сэ соединены последовательно, поэтому заряды и индукции полей в обоих конденсаторах одинаковы. Следовательно, вертикальное отклонение луча на экране ЭО пропорционально индукции D поля. В результате за один цикл изменения напряжения U на конденсаторах на экране осциллографа будет изображена петля гистерезиса, отвечающая зависимости D = D (E) в сегнетоэлектрике.
Для определения температур Кюри Тк и Кюри-Вейса То измеряют зависимость ёмкости Сх, заполненной сегнетоэлектриком, от температуры. Поскольку ёмкость конденсатора пропорциональна диэлектрической постоянной e, из уравнения (1) следует Сх ~1/(Т – То), откуда:
~ 
(2)
| Типичный график зависимости (2) представляет собой кривую с минимумом (рис.5). Температура, при которой на графике этой зависимости значение 1/ Cx минимально, соответствует температуре Кюри Тк. Точка пересечения линейного продолжения этого участка с осью температур определяет |
значение То температуры Кюри-Вейса.
|
|
|
Целью работы является наблюдение формы петли гистерезиса для сегнетоэлектрика выше и ниже температуры Кюри и определение температур Кюри Тк и Кюри-Вейса То.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
| Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис.6: 1-блок управления с измерителем температуры. 2-блок нагрева испытуемого образца. 3-испытуемый образец в трубчатой печи. |
4-измеритель ёмкости.
5-осциллограф.
Установка полностью собрана на лабораторном столе.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Включите блоки 1-5 установки в сеть. Блок нагрева образца 2 должен быть выключен. В соответствии с указаниями преподавателя произведите регулировку ручек управления осциллографа 5 и измерителя ёмкости 4.
2.Установите рукоятку режима измерений блока 1 в положение “Гистерезис”. Зарисуйте форму петли гистерезиса, появившуюся на экране осциллографа, положив на экран лист бумаги.
3.Установите рукоятку режима измерений блока 1 в положение “Ёмкость”. Определите величину ёмкости конденсатора Сх при комнатной температуре ТоС, которую определите на измерителе температуры. Занесите в таблицу измеренные значения температуры ТоС и ёмкости Сх. Величина ёмкости измеряется в пикофарадах (пФ).
4.Вновь переведите рукоятку режима измерений блока 1 в положение “Гистерезис” и включите блок 2 нагрева образца. Испытуемый образец начнёт нагреваться.
5.При нагревании образца следите за изменением формы петли гистерезиса. Определите температуру Тв, при которой петля превратится в линию (“вырождение” петли гистерезиса). Сделайте рисунок вырожденной петли при этой температуре.
6.Нагревайте образец до 170о С, после чего выключите нагрев, а рукоятку режима измерений блока 1 переведите в положение “Ёмкость”.
|
|
|
7.Производите измерения ёмкости Сх конденсатора через каждые 10о С при его охлаждении в интервале температур от 170о С до 60о С. Значения Т и Сх заносите в таблицу.
8.Вновь переведите рукоятку режима измерений блока 1 в положение “Гистерезис” и зарисуйте форму петли гистерезиса с экрана осциллографа при температуре ~60о С.
9.По данным таблицы рассчитайте значение 1/ Сх и на миллиметровой бумаге постройте график зависимости этой величины (ордината) от температуры Т (абсцисса).
10.По графику полученной зависимости, согласно рис.5, определите температуры Кюри Тк и Кюри-Вейса То. Сравните эти температуры с температурой вырождения Тв петли гистерезиса, найденной в п.5.
11.Запишите окончательный результат, который должен содержать:
-Значения температур: Тв, Тк, То.
-Рисунки:
Петля гистерезиса при комнатной температуре,
“Вырожденная” петля гистерезиса,
Петля гистерезиса при температуре 60оС, появившаяся при охлаждении образца.
График зависимости 1/ Cx от Т.
ТАБЛИЦА
| Т.оС | 170 | 160 | 150 | И т.д. до | 60 | Т комн |
| Сх, пФ | ||||||
| 1/ Cx, пФ-1 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №44-Б
|
|
|
