И частоты переменного тока

№ п/п	Наименование образца	S, м2	h (м)	t0C	f (Гц)	С (Ф)	tgδ	ε	К

27. Вращая по часовой стрелке ручку 7 (рис. 2.3), увеличьте температуру нагрева образца на 10⁰С.

28. Измерьте емкость и тангенс угла диэлектрических потерь образца диэлектрика при установленной температуре на частотах 5 и 20 кГц.

29. Результаты измерений занесите в табл. 4.

30. Выполните еще 7 измерений емкости и тангенса угла диэлектрических потерь образца диэлектрика на частотах 5 и 20 кГц, каждый раз изменяя температуру нагрева образца на 10⁰С.

31. Результаты измерений занесите в табл. 4.

32. Выключите термостат и измеритель.

33. Определите по формулам (2.3) и (2.11) диэлектрическую проницаемость и коэффициент потерь диэлектриков. Результаты вычислений занесите в табл.4.

34. Постройте графики зависимости диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь от температуры на частотах 5 и 20 кГц.

35. Сделайте выводы о проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что называют поляризацией диэлектрика? Какие виды поляризации можно считать мгновенными, а какие – замедленными?

2. Что понимают под полярными и неполярными диэлектриками?

3. В чем состоит значение тангенса угла диэлектрических потерь?

4. На какую диэлектрическую характеристику оказывают влияние процессы поляризации диэлектриков?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование свойств сегнетоэлектриков

Цель работы: изучение электрических свойств сегнетоэлектриков и их отличий от линейных диэлектри­ков.

Основные сведения из теории

Активные диэлектрики, к числу которых относят сегнето-, пьезо- и пироэлектрики и другие, позволяют осуществлять генерацию, усиление, модуляцию электрических и оптических сигналов, запоминание и преобразование информации. Свойствами активных диэлектриков можно управлять с помощью внешних воздействий.

В большинстве случаев активные диэлектрики классифицируются по роду физических эффектов, которые можно использовать для управления свойствами материалов. Наиболее универсальны в этом плане сегнетоэлектрики, которые сочетают в себе свойства пьезо- и пироэлектриков, электрооптических и нелинейно-оптических материалов. Они могут выступать и в качестве электретов. Вместе с тем сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств. Важнейшим из них является нелинейное изменение поляризованности P при воздействии электрического поля E или механической деформации.

Классическими представителями сегнетоэлектриков являются дигидрофосфат калия (KH₂PO₄), нитрат натрия (NaNO₂), титанат бария (BaTiO₃), триглицинсульфат ((NH₂CH₂COOH)_{3 *} H₂SO₄), сегнетова соль (NaKC₄H₄O_{6 *} 4H₂O) и др.

Сегнетоэлектрики, наряду с линейными видами поляризации (электронной и ионной), обладают в температурном интервале ниже точки Кюри T_cспонтанной поляризацией. Направление этой поляризации может быть изменено с помощью внешнего электрического поля или механической деформации.

В переменных полях у сегнетоэлектриков наблюдается явление диэлектрического гистерезиса, т.е. отставания изменения электрической индукции (смещения) Dот напряженности электрического поля E. Гистерезис является следствием доменного строения сегнетоэлектриков. Ориентация доменной структуры в направлении электрического поля требует затрат электрической энергии, что указывает на дополнительный механизм диэлектрических потерь. Величина потерь на гистерезис характеризуется площадью предельного гистерезисного цикла, показанного на рис.3.1. Основные параметры, характеризующие предельный цикл петли гистерезиса: ±P_m, ±P_r – максимальная и остаточная поляризации на обкладках конденсатора при максимальном значении напряженности электрического поля ±E_mи при снятии внешнего поля E=0 соответственно; ±Ec – коэрцитивная сила, т.е. напряженность поля, при которой заряд (поляризованность P) становится равным нулю.

Рис. 3.1.Основная кривая поляризации сегнетоэлектрика и петля диэлектрического гистерезиса

Диэлектрическая проницаемость e сегнетоэлектриков достигает десятков тысяч единиц. Для характеристики свойств сегнетоэлектриков в различных условиях работы используют следующие определения диэлектрической проницаемости:

– статическая диэлектрическая проницаемость:

, (3.1)

где D, Кл/м², E, В/м - координаты точек основной кривой поляризации (см. пунктирную линию на рис.); ε ₀ = 8,85^.10^-12 Ф/м – электрическая постоянная;

– дифференциальная диэлектрическая проницаемость:

; (3.2)

- реверсивная диэлектрическая проницаемость e_p, характеризующая изменение поляризации сегнетоэлектрика в переменном электрическом поле при одновременном воздействии постоянного поля.

В линейных диэлектриках перечисленные виды диэлектрических проницаемостей не зависят от напряженности электрического поля и равны между собой, т.е.:

. (3.3)

Специфические свойства сегнетоэлектриков проявляются лишь в определенном диапазоне температур вплоть до точки Кюри, где эти свойства максимально выражены (табл. 5).

Таблица 5