- •Федеральное агентство по образованию
- •Содержание
- •Лабораторная работа №1 Изучение электронного осциллографа
- •Устройство и принцип действия осциллографа
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №2 Моделирование электрических полей
- •Сведения из теории
- •Устройство и принцип работы установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №3 Измерение диэлектрической проницаемости
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •I. Емкость конденсатора.
- •Порядок работы
- •Результаты эксперимента
- •2. Диэлектрическая проницаемость.
- •Порядок работы
- •Лабораторная работа № 4 Изучение петли гистерезиса сегнетоэлектрика
- •Краткие теоретические сведения Сегнетоэлектрики
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №5 Исследование кривых гистерезиса ферромагнетиков с помощью осциллографа
- •Сведения из теории
- •Описание метода и экспериментальной установки.
- •Параметры петли гистерезиса.
- •Лабораторная работа № 6 Скин – эффект в переменном магнитном поле
- •Сведения из теории
- •Описание метода и экспериментальной установки Генераторный метод
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №7 Вихревое электрическое поле
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 8 Магнитные поля земли и постоянного магнита
- •Краткие теоретические сведения
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №9 Определение работы выхода электронов
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода
- •Порядок выполнения работы
- •I. Измерение сопротивления катода
- •II. Определение работы выхода
- •Измерение температуры катода
- •Лабораторная работа № 10 Магнитное поле токовых систем
- •Краткие теоретические сведения
- •Описание метода и экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •II. Упражнение № 2. Магнитное поле соленоида.
- •III. Упражнение №3. Катушки Гельмгольца.
- •Лабораторная работа № 11 Измерение магнитной проницаемости
- •Краткие теоретические сведения
- •Индукционный метод
- •Индукционный дифференциальный метод
- •Порядок выполнения работы
Порядок работы
Измерить штангенциркулем толщину пластины диэлектрика, записав в таблицу 3.2.
Поместить его в разборный конденсатор и используя схему рис.3.1 при помощи осциллографа измерить размахи напряжения от генератора U и напряжения на конденсаторе, записав в таблицу 3.2.
По формуле (3.1) вычислить ёмкость конденсатора.
Используя формулу (3.3) найти значение диэлектрической проницаемости.
Результаты оформить в виде таблицы:
Таблица 3.2
образец |
d, мм |
U, В |
UC0, мВ |
С, пФ |
|
стекло |
|
|
|
|
|
оргстекло |
|
|
|
|
|
текстолит |
|
|
|
|
|
Сделать вывод по полученным значениям диэлектрической проницаемости, сравнив с табличными значениями.
Лабораторная работа № 4 Изучение петли гистерезиса сегнетоэлектрика
Цель работы: изучить электрические свойства сегнетоэлектрика.
Приборы и принадлежности: ЛКЭ-2 (генератор сигналов функциональный ГСФ-2, осциллограф-мультиметр С1-112А, провода соединительные, блок «Поле в веществе»).
Краткие теоретические сведения Сегнетоэлектрики
Сегнетоэлектриками называется группа кристаллических диэлектриков, обладающих в определенном интервале температур самопроизвольной (спонтанной) поляризацией, т.е. поляризацией в отсутствие внешнего электрического поля. К сегнетоэлектрикам относятся, например, детально изученные И.В. Курчатовым (1903 – 1960) и П.П. Кобеко (1897 – 1954) сегнетова соль NaKC4H4O64H2O (от нее и получили свое название сегнето-электрики) и титанат бария BaTiO3.
При отсутствии внешнего электрического поля весь объем сегнетоэлектрика самопроизвольно разбит на небольшие области, которые поляризованы до насыщения и называютсядоменами (диэлектрическими доменами). Возможные направления электрических моментов доменов определяются симметрией кристалла и имеют различные направления поляризованности, что схематически показано на рис.4.1, где стрелки указывают направление вектора поляризации Р. Так как в смежных доменах эти направления различны, то в целом дипольный момент диэлектрика равен нулю. При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переориентация дипольных моментов по полю, а возникшее при этом суммарное электрическое поле доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию и после прекращения действия внешнего поля. Поэтому сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости (для сегнетовой соли, например, max 104).
Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определенная температура, выше которой его необычные свойства исчезают и он становится обычным диэлектриком. Эта температура называется точкой Кюри (в честь французского физика Пьера Кюри (1859-1906)). Как правило, сегнетоэлектрики имеют только одну точку Кюри; исключение составляет лишь сегнетова соль (-18 и +24) и изоморфные с нею соединения. В сегнетоэлектриках вблизи точки Кюри наблюдается также резкое возрастание теплоемкости вещества. Превращение сегнетоэлектрика в обычный диэлектрик, происходящее в точке Кюри, сопровождается фазовым переходом II рода.
Диэлектрическая проницаемость (а, следовательно, и диэлектрическая восприимчивость ) сегнетоэлектриков зависит от напряженности E поля в веществе, а для других диэлектриков эти величины являются характеристиками вещества.
Для сегнетоэлектриков связь между векторами поляризованностиР и напряженности Е нелинейная и зависит от значений Е в предшествующие моменты времени. В сегнетоэлектриках наблюдается явление диэлектрического гистерезиса («запаздывания»). Как видно из рис. 4.2, с увеличением напряженности Е внешнего электрического поля поляризация Р растет, достигая насыщения (кривая 1 (Оа)). Уменьшение Р, с уменьшением Е, происходит по кривой 2 и, при Е = 0, сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность P0, т.е. сегнетоэлектрик остается поляризованным в отсутствие внешнего электрического поля. Чтобы уничтожить остаточную поляризованность, надо приложить электрическое поле обратного направления (ЕС). Величина ЕС называется коэрцитивной силой (от латинского «coercitio» - удерживание). Если далее Е изменять, то Р будет изменяться по кривой 3 петли гистерезиса.
Интенсивному изучению сегнетоэлектриков послужило открытие академиком Б.М. Вулом (1903-1985) аномальных диэлектрических свойств титаната бария. Титанат бария из-за его химической устойчивости и высокой механической прочности, а также из-за сохранения сегнетоэлектрических свойств в широком температурном интервале нашел большое научно-техническое применение (например, в качестве генератора и приемника ультразвуковых волн). В настоящее время известно более сотни сегнетоэлектриков, не считая их твердых растворов. Сегнетоэлектрики широко применяются также в качестве материалов, обладающих большими значениями (например, в конденсаторах).
Следует упомянуть еще о пьезоэлектриках – кристаллических веществах, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризация даже в отсутствие внешнего электрического поля (прямой эффект). Наблюдается и обратный пьезоэффект – появление механической деформации под действием электрического поля. У некоторых пьезоэлектриков решетка положительных ионов в состоянии термодинамического равновесия смещена относительно решетки отрицательных ионов, в результате чего они оказываются поляризованными даже без внешнего электрического поля. Такие кристаллы называются пироэлектриками. Еще существуют электреты – диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего электрического поля (электрические аналоги постоянных магнитов). Эти группы веществ находят широкое применение в технике и бытовых устройствах.