- •М. В. Шкаруба материаловедение. Технология конструкционных материалов
- •Введение
- •Классификация материалов по электрическим свойствам
- •Классификация материалов по магнитным свойствам
- •Наибольшее распространение из конструкционных материалов нашли металлы и сплавы. Поэтому в разделе «Конструкционные материалы» основное внимание уделено металлам и сплавам.
- •Лабораторная работа № 1 исследование влияния температуры на емкость конденсатора и диэлектрические потери в нем
- •Теоретические положения
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 2 определение электрической прочности воздуха в равномерном и неравномерном электрических полях
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Включение и отключение установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3 изучение физических явлений в сегнетоэлектрических материалах
- •Теоретические положения
- •Подготовка осциллографа gos-622g к работе
- •Порядок проведения работы
- •Лабораторная работа № 6 исследование свойств электротехнической стали
- •Теоретические положения
- •Описание лабораторной установки
- •Подготовка приборов к работе
- •Порядок проведения лабораторной работы
- •Лабораторная работа № 7 исследование свойств ферримагнитных материалов
- •Теоретические сведения о магнитных свойствах материалов
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Часть 2 лабораторные работы на эвм Общие сведения о программах
- •Лабораторная работа № 2 исследование влияния температуры на удельное сопротивление чистых металлических проводников
- •Теоретические положения
- •Описание установки и обработки результатов измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 3 исследование криопроводимости металлов
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 4 исследование влияния температуры на удельное сопротивление сплавов высокого сопротивления
- •Теоретические положения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 5 исследование влияния температуры на удельную электропроводность полупроводника
- •Теоретические положения
- •Зависимость электропроводности полупроводников от температуры
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8 испытание материалов на растяжение
- •Подготовка к работе
- •Порядок выполнения работы
- •Библиографический список
- •Содержание
- •Часть 1. Лабораторные работы на стендах 5
- •Часть 2. Лабораторные работы на эвм 48
- •Лабораторная работа № 2
- •Исследование влияния температуры на удельное сопротивление сплавов высокого сопротивления 68
- •Лабораторная работа № 7
Лабораторная работа № 3 изучение физических явлений в сегнетоэлектрических материалах
Цель работы: исследование влияния напряжения и температуры на электрические свойства сегнетоэлектриков и определение диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках.
Теоретические положения
Сегнетоэлектриками называют материалы, обладающие спонтанной (самопроизвольной) поляризацией. Для этого вида диэлектриков характерно наличие в микроструктуре областей, имеющих электрический момент, не равный нулю и называемый доменом. Величина этого момента высока по сравнению с другими видами поляризации. Если сегнетоэлектрик не находится в электрическом поле, то его электрический момент равен нулю. Под действием внешнего электрического поля происходит движение границ, ориентация доменов в направлении электрического поля и появляется электрический момент у всего образца в целом. При этом значительная часть энергии электрического поля расходуется на преодоление энергетических барьеров, создаваемых граничными областями, вследствие чего у вещества со спонтанной поляризацией относительно велики диэлектрические потери.
В достаточно слабых полях поляризация линейно зависит от напряженности поля Е (рисунок 3.1, участок ОА).
При некоторой напряженности, соответствующей точке В, все домены ориентированы в направлении электрического поля, то есть достигается состояние насыщения.
Кривую ОАВС называют начальной кривой заряда. Если после установления максимальной напряженности электрического поля уменьшить его величину, то поляризация будет изменяться по кривой СД. При напряженности поля, равной нулю, сегнетоэлектрик остается поляризованным. Дальнейшее увеличение напряженности электрического поля приводит к повторению аналогичных изменений в отрицательной области. Таким образом, зависимость поляризации от напряженности электрического поля описывается кривой СДFLHG, называемой петлей гистерезиса.
Рис. 3.1. Петля гистерезиса сегнетоэлектрика
Поведение сегнетоэлектрика в электрическом поле можно охарактеризовать следующими параметрами:
Статическая емкость:
Cст = ,
где Qа – амплитудное значение заряда; Uа – амплитуда напряжения.
Остаточный заряд Qr, определенный при уменьшении внешнего электрического поля от максимального значения до нулевого.
Коэрцитивная сила Er, определяемая как величина напряженности электрического поля в момент равенства нулю заряда конденсатора.
Потери энергии на поляризацию образца, определяемые с помощью петли гистерезиса, поскольку площадь петли в координатах заряд-напряжение пропорциональна энергии.
Свойства сегнетоэлектриков исследуются на установке, фотография которой приведена на рисунке 3.2, а принципиальная схема − на рисунке 3.3.
Рис. 3.2. Установка для исследования сегнетоэлектриков
Установка состоит из электронного осциллографа (ЭО) и стенда, который в свою очередь содержит автотрансформатор (АТр), два цифровых мультиметра M890G, сегенетоэлектрик (Сх), нагревательный элемент типа ПЭВ.
Подготовка осциллографа gos-622g к работе
Соединить выходы Х и Y установки с соответствующими входами осциллографа.
Ползунок MODE установить в положение CH2, нажать клавишу X-Y.
Установить собственный масштаб осциллографа 5В/дел, для этого рукоятку VOLTS/DIV канала 1 (CH1 – Х) и канала 2 (CH2 –Y) установить в положение 5V.
Перевести осциллограф на переменное напряжение (кнопка AC/DC должна быть отжата).
Установить ползунки COUPLING и SOURCE в положения AC и CH1 соответственно.
Включить осциллограф (нажать клавишу POWER).
При помощи регуляторов POSITION по вертикали (VERTICAL CH2 – Y) и по горизонтали (HORIZONTAL) установить точку в начало координат.
Рис. 3.3. Принципиальная схема установки
На рисунке обозначено: АТр – автотрансформатор; V – вольтметр; R и Ro – сопротивления; ЭО – электронный осциллограф; Сo, С01 – образцовые конденсаторы; Сх – испытуемый конденсатор; П1 – переключатель.