Лабораторная работа №5

Если ее продифференцировать по температуре (20), то получим кривую ТДП, на основании которой можно рассчитать все выше приведенные параметры релаксации.

jT	= −	dσ	b ≈ −	dσ	b .		(21)
		dT		dT
					Рис.7.	К	расчету
					температурной		зависимости
					поверхностной		плотности
					заряда на кривой ТДП

Кроме того, если релаксация заряда электрета обусловлена только процессом электропроводности диэлектрика, тогда расчет времени τ производят по уравнению

τ		=	ε	Т	εо	,	(22)
	Т			γ Т
где		εТ			- диэлектрическая проницаемость материала, при
температуре Т;
ε0 = 8,85					10-12 Ф/м -		диэлектрическая постоянная;

γТ - электропроводность материала при температуре Т.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Цель работы

Данная лабораторная работа выполняется с элементами научных исследований, характеризуется наличием комплексного подхода к изучаемому явлению и дает возможность установить влияние метода измерения на количественные характеристики электрета.

Целью данной работы является изучение метода получения термоэлектрета и исследование температурно-временной зависимости тока термодеполяризации.

В процессе выполнения данной работы студентами приобретаются навыки по выбору необходимого оборудования для проведения исследований и методики постановки опыта.

67

Лабораторная работа №5

2.2. Задачи работы

К основным задачам работы относятся:

а) освоить методику получения термоэлектретов и способы определения поверхностной плотности заряда электрета.

б) произвести расчет времени релаксации заряда электрета и его энергию активации на основе температурно-временной зависимости тока термодеполяризации или поверхностного заряда.

в) объяснить механизм электретного состояния диэлектрика.

2.3. Электрическая схема и принцип работы установки

Поляризация диэлектрика и определение тока термодеполяризации производится с помощью установки, электрическая схема которой представлена на рис.5.

Рис.5. Принципиальная электрическая схема измерения термостимулированного тока и поверхностного заряда

электрета

Установка заданного значения температуры образца и ее измерение производятся с помощью терморегулятора типа РПН-1. Кроме того, измерение температуры и ее запись на диаграммную ленту производится потенциометром КСП-4.

Напряжение поляризации подается на образец Rx от источника питания ИВН через разъем Р (положение 3). Величина этого

68

Лабораторная работа №5

напряжения устанавливается с помощью механического переключателя на пульте прибора ИВН.

Ток термодеполяризации измеряется с помощью электрометрического усилителя В7-30 (или У5-6).

Для этого необходимо разъем Р поставить в положение 2 (заземлить верхний электрод), а кнопку Квх (вход замкнут) на панели электрометра – отпустить. Одновременно запись этого тока производится потенциометром КСП-4.

Если измерение тока термодеполяризации производится с помощью тераомметра Е6-13А, тогда во время поляризации образца Rx кнопка «Установка нуля» на его панели должна быть утоплена (вход закорочен), а в процессе измерения тока термодеполяризации (после отключения источника напряжения) эту кнопку следует отпустить (отжать). Отсчет тока производится по линейным (нижним) шкалам тераомметра в соответствии с положением переключателя диапазонов измерения сопротивления (табл.1). Одновременно запись этого тока производится с помощью потенциометра КСП-4.

Таблица 1.

Положения переключателя поддиапазонов при измерении тока

	Положение
	переключа		6		7		8		9	10	10	11	11	12	13
		6	10	7	10	8	10	9	10
	теля		.		.		.		.		10		10		10
		10	3	10	3	10	3	10	3	10	.	10	.	10	.
	поддиапазо										3		3		3
	нов, Ом
	Сила		-5		-6		-7		-8		-9		-10		-11
	тока, А	-4		-5		-6		-7		-8		-9		-10
			10		10		10		10		10		10		10
		10	3	10	3	10	3	10	3	10	3	10	3	10	3
			.		.		.		.		.		.		.

Внимание! В режиме поляризации образца кнопка Квх – «вход замкнут» на панели электрометра или тераомметра, должна быть утоплена (вход заземлен).

2.4.Порядок выполнения работы

1.Замерить толщину образца и диаметр измерительного электрода. Затем установить образец в измерительную ячейку, надеть на нее металлический экран и нагревательную печь.

2.Включить терморегулятор РПН-1 в сеть и установить

режим нагрева: Тп – в пределах 80оС ÷ 120оС, время нагрева – 30 минут.

69

Лабораторная работа №5

3. Включить в сеть электрометрический усилитель (или тераомметр), трехточечный потенциометр КСП-4, дать им прогреться в течение 15 ÷ 20 мин.

4.Включить питание источника высокого напряжения после нагрева образца до температуры равной Тп (рис.1)

5.Установить напряжение поляризации Uп = 100 ÷ 300 В с помощью регулятора напряжения (по указанию преподавателя). По

окончании времени поляризации tп = t4 – t3, не выключая высокого напряжения, отключить терморегулятор от сети питания, снять с ячейки нагревательную печь и с помощью вентилятора быстро охладить образец до комнатной температуры (промежуток времени

t4 – t5 (рис.1).

6. Напряжение поляризации уменьшить до нуля, а ИВН - отключить после охлаждения образца. Затем на измерительную ячейку с охлажденным образцом вновь надеть нагревательную печь. Включить в сеть питания терморегулятор РПН-1 и установить на нем режим нагрева до Тн = 100оС ÷ 120оС, время нагрева – 40 ÷ 60 мин. В процессе нагрева образца Rх необходимо фиксировать его температуру, время нагрева и величину тока деполяризации.

7. Занести результаты измерений в табл. 2.

					Результаты измерения					Таблица 2
п/п	Т,		103		τ,	Iтст ,	iтст ,		lg iтст,	σ ,	Примеча
	о С				сек	1010 A	1010 A/м2			Кл/м2	ние
			To K
1	2		3		4	5	6		7	8	9

2.5.Задание

1.Заполяризовать образец по режиму, указанному преподавателем и охладить его до температуры 25-30 оС.

2.Установить на панели регулятора температуры РПН-1 температуру нагрева электрета 90 оС и время нагрева 40 минут.

3.Записать через каждые 5 оС значения температуры электрета, тока термодеполяризации и времени нагрева.

4.Рассчитать значения плотности тока термодеполяризации (уравнение 13) и построить график зависимости плотности тока от температуры и времени нагрева.

5.Рассчитать среднюю скорость нагрева электрета (уравнение

18).

70