МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ФЭЛ
отчет
по лабораторной работе №6
по дисциплине «Физика»
Тема: Исследование прямого пьезоэлектрического эффекта
Оценка лабораторно-практического задания |
|||||||||||||
Выполнение ИДЗ |
Вопросы |
Подготовка к лабораторной работе |
Отчет по лабораторной работе |
Коллоквиум |
Комплексная оценка |
||||||||
|
|
|
110 |
121 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
Студентка гр. 0207 |
|
Лиоско Е.П. |
Преподаватель |
|
Шишкина М.Н. |
Санкт-Петербург
2021
Цели работы: исследование поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэффект) и определение пьезомодуля продольных колебаний в пьезокерамике.
Приборы и принадлежности: установка (рис. 6.1), состоит из операционного усилителя ОУ, включенного по схеме интегратора, измерительных электродов Э1 и Э2, подключенных к входу операционного усилителя, вольтметра V, измеряющего напряжение на выходе операционного усилителя и рычажного устройства РУ, позволяющего регулировать силу нагрузки F на исследуемый пьезоэлектрик ПЭ, который помещается между измерительными электродами.
Основные теоретические положения.
Индуцированный заряд |
|
Пьезоэлектрический эффект |
- поляризация кристаллов под действием механической деформации. |
Пьезоэлектрические свойства |
Обладают только ионные кристаллы |
Пьезоэлектрики |
Монокристаллы: кварц, сегнетова соль, - поликристаллические твердые растворы. |
Совокупность коэффициентов пропорциональности в соотношениях между механическими и электрическими величинами |
|
Модуль поляризации |
Равен поверхностной плотности поляризационных зарядов:
|
|
Следовательно,
|
Использование пьезоэффекта |
Устройства для восприятия акустических сигналов и преобразование их в электрические |
Индивидуальное домашнее задание
Задание 127.
Текст: Сферический слой из диэлектрика с относительной проницаемостью = 3
имеет внутренний радиус R1 = 1 cм и внешний радиус R2 = 5 см. По слою распределён
заряд, объёмная плотность которого убывает от внутренней поверхности слоя к внешней
по закону r = b/r, где b = 6107 Кл/м2. Найти разность потенциалов между
внутренней и внешней поверхностями слоя.
Задание 135.
Текст: Между двумя металлическими пластинами, находящимися на расстоянии d = 6
см друг от друга создана разность потенциалов = 200 В. Затем в пространство между
пластинами вводится стеклянная пластинка, относительная диэлектрическая проницаемость которой = 7, а толщина равна d. Найти поверхностную плотность р
связанных зарядов, возникших на поверхности пластинки.
Задание 89.
Текст: Фарфоровая пластинка, диэлектрическая проницаемость которой = 6,
помещена в однородное электрическое поле, напряжённость которого Е0 = 400 В/см.
Поле образует с нормалью к поверхности пластинки угол = 400 Найти напряжённость
Е электрического поля в фарфору, угол между направлением поля в фарфоре и
нормалью к его поверхности и поверхностную плотность р связанных зарядов на
поверхности фарфора
Вопросы
Вопрос 110.
Текст: Какие заряды называют свободными, а какие – связанными?
Свободными называются заряды, которые при приложении сколь угодно слабого внешнего электрического поля могут перемещаться по всему объему тела (например, электроны в проводниках).
Связанными называются заряды, которые при наложении достаточно сильного внешнего электрического поля лишь незначительно смещаются от положений равновесия (например, диэлектрики).
Вопрос 121.
Текст: Что такое остаточная поляризованность и коэрцитивная сила?
В сегнетоэлектриках (диэлектриках, обладающих спонтанной поляризацией в отсутствии электрического поля.) наблюдается явление диэлектрического гистерезиса (запаздывания). С ростом напряженности внешнего электрического поля поляризованность растет, достигая при этом насыщения (а).
С уменьшением внешнего поля уменьшение поляризованности происходит по другой кривой, и в отсутствии поля сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризацию (Pc ).
Сегнетоэлектрик остается поляризованным в отсутствие внешнего электрического поля.
Снять остаточную поляризованность можно приложив внешнее электрическое поле обратного направления (-Eс ), называемое коэрцитивной силой.
Полный цикл образует петлю гистерезиса.
Обработка результатов эксперимента
Найдем значения связанных поляризационных зарядов:
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
2,9 |
3,1 |
3,7 |
4,1 |
4,1 |
4,8 |
5 |
5,4 |
5,5 |
6,3 |
|
3,48 |
3,72 |
4,44 |
4,92 |
4,92 |
5,76 |
6 |
6,48 |
6,6 |
7,56 |
Обработка данных по МНК для уравнения
при N=10
№ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
12 |
3,48 |
-18 |
324 |
-1,91 |
3,64 |
34,34 |
2 |
16 |
3,72 |
-14 |
196 |
-1,67 |
2,78 |
23,35 |
3 |
20 |
4,44 |
-10 |
100 |
-0,95 |
0,90 |
9,48 |
4 |
24 |
4,92 |
-6 |
36 |
-0,47 |
0,22 |
2,81 |
5 |
28 |
4,92 |
-2 |
4 |
-0,47 |
0,22 |
0,94 |
6 |
32 |
5,76 |
2 |
4 |
0,37 |
0,14 |
0,74 |
7 |
36 |
6 |
6 |
36 |
0,61 |
0,37 |
3,67 |
8 |
40 |
6,48 |
10 |
100 |
1,09 |
1,19 |
10,92 |
9 |
44 |
6,6 |
14 |
196 |
1,21 |
1,47 |
16,97 |
10 |
48 |
7,56 |
18 |
324 |
2,17 |
4,72 |
39,10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
53,88 |
0 |
1320 |
0 |
15,65 |
142,32 |
,
,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
График зависимости связанных поляризационных зарядов от приложенной силы:
Вывод:
В
результате проведения лабораторной
работы было определено среднее значение
и полная погрешность пьезомодуля
продольных колебаний в пьезокерамике,
которое практически совпадает с табличным
значением
.
Также был построен график зависимости связанных поляризационных зарядов от приложенной силы, по которому можно сделать заключение, что с увеличение приложенной силы пьезоэлектрический заряд увеличивается как экспонента.