Порядок выполнения измерений

Задание 1. Получение начальной кривой поляризации

1. Собрать электрическую схему установки. Ручки регулировки напряжений источника питания установить в крайне левое положение. Включить приборы и источник питания.

2. Светящуюся точку на экране осциллографа установить в центре координатной сетки экрана осциллографа.

3. Регулируя подаваемое напряжение (ручкой потенциометра R на кассете) и усиление по оси Y осциллографа, установить максимальную петлю гистерезиса, соответствующую состоянию насыщения поляризации сегнетоэлектрика.

4. Занести в таблицу координаты х и у вершины петли (точка А рис. 1).

5. Уменьшая подаваемое напряжение (поворотом ручки потенциометра R на панели кассеты), получить еще 5 петель гистерезиса, измерить и записать в таблицу координаты х и у их вершин.

6. Результаты измерений занести в разработанную таблицу.

Задание 2. Определение остаточной индукции D_r и коэрцитивной силы Е_с.

2.1. Вновь получить на экране максимальную петлю гистерезиса. Ручками осциллографа ««» и «↕» выставить ее на экране осциллографа симметрично относительно центральных вертикальной и горизонтальной осей и зарисовать в масштабе сетки экрана осциллографа.

2.2. Найти с помощью координатной сетки экрана осциллографа координату пересечения петли с осью ординат y_r, соответствующую остаточной индукции, и координату х_с, соответствующую коэрцитивной силе (с точностью до 0,1 деления сетки).

Обработка результатов измерений

1. По данным таблицы вычислить значения D и E по формулам (8) и (11) соответственно и построить начальную кривую поляризации. Значения параметров b₁, b₂, h, S, С для расчетов по этим формулам приведены в таблице на рабочем месте.

2. По данным, взятым из построенного графика D = f(E), по формуле (12) рассчитать не менее 10 значений e и построить график зависимости e = f (E).

3. Определить максимальное значение e_mах и напряженность поля, при котором оно наблюдается.

4. По значениям у_r. и х_с рассчитать по формулам (8) и (11) коэрцитивную силу Е_с и остаточную индукцию D_r соответственно.

5. Рассчитать погрешность полученных значений коэрцитивной силы и остаточной индукции.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается поляризация диэлектриков в электрическом поле?

2. Какие типы поляризации наблюдаются в диэлектриках?

3. Что такое спонтанная поляризация сегнетоэлектриков?

4. Каковы основные свойства сегнетоэлектриков?

5. Как определяются составляющие поляризации сегнетоэлектрика?

6. Что такое остаточная поляризация, остаточная индукция?

7. Что такое коэрцитивная сила?

8. В чем заключается состояние насыщения сегнетоэлектрика?

Лабораторная работа 2.3 Измерение сопротивления с помощью мостика Уитстона

Цель работы: изучить применение законов Кирхгофа для измерения сопротивлений с помощью мостика Уитстона.

Введение

Измерить любое сопротивление можно на основании закона Ома

. (1)

Для этого достаточно собрать простую цепь, чтобы измерить напряжение и ток (рис. 1). Однако, как видно из рисунка, амперметр показывает общий, проходящий через неизвестное сопротивление I_R и ток через вольтметр I_V, т.е. I = I_R+ I_V.

С учетом этого формула (1) примет вид:

. (2)

Рис. 1

И з этой формулы видно, что из-за измерительного тока вольтметра амперметр вносит погрешность при определении сопротивления: по формуле (2) получается заниженное значение измеряемого сопротивления.

На практике стремятся максимально увеличить сопротивление вольтметра, чтобы уменьшить его измерительный ток I_V.

Но, как бы ни было, измерительный ток всегда существует и принципиально по закону Ома нельзя точно измерить величину неизвестного сопротивления. В связи с этим возникла необходимость разработать такие способы измерения, когда измерительный ток через прибор отсутствовал. Таким способом, например, является метод мостика Уитстона. Мостик представляет собой электрическую цепь из четырех последовательно соединенных сопротивлений R_х, R_0, R₁ и R₂ (рис. 2). По одной диагонали такого четырехполюсника между точками В и Д включен гальванометр.

Рис. 2

К другой диагонали подключен источник тока e. Особенностью такой схемы является то, что подбором сопротивлений можно добиться такого состояния цепи, когда ток через гальванометр (через «мостик») равен нулю.

Такое состояние цепи можно проанализировать на основе законов Кирхгофа.

1-й закон: В любом узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю:

. (3)

Ток считается положительным, если он входит в узел, и отрицательным, если он выходит.

2-й закон: В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в контуре:

. (4)

Для определения знаков токов и ЭДС существуют правила:

1. Произвольно выбирают направление обхода контура (последовательность записи падений напряжений и ЭДС) и направления токов в нем. Ток считается положительным, если он направлен по обходу контура, и наоборот.

2. ЭДС считается положительной, если при обходе внутри ЭДС идут от минуса к плюсу.

Применим эти законы для электрической цепи, приведенной на рис. 2.

От источника ток идет от узла А к узлу С. Поэтому все токи I_х, I₀, I₁ и I₂ направляем от узла А к С. Для направления тока I_g никаких предпосылок нет, поэтому его направление выбрано произвольно.

Для контуров АВД и ВСД выбрано направление обхода контура по часовой стрелке (на рисунке показано круглыми стрелками).

Для узла В 1-й закон Кирхгофа имеет вид:

I_x = I₀+ I_{g .} (5)

Для узла Д имеем

I₁ = I₂ – I_{g .} (6)

Записываем 2-й закон Кирхгофа для контура АВД:

I_xR_x + I_gR_g – I₁R₁ = 0. (7)

В контуре нет ЭДС, поэтому в правой части стоит нуль.

Запишем 2-й закон Кирхгофа для контура ВСД

I₀R₀+ I₂R₂ – I_gR_g = 0 (8)

Если подбором сопротивлений добиться состояния, когда I_g = 0, то уравнения (5) – (8) примут вид:

I_x = I₀ (9)

I₁ = I₂ (10)

I_x R_x = I₁R₁ (11)

I₀R₀ = I₂R₂ . (12)

Поделим уравнение (11) на (12):

. (13)

С учетом соотношений (9) и (10) получим

, (14)

откуда

, (15)

т.е. неизвестное сопротивление можно определить по сопротивлениям R₁ ,R₂ и R₀ в отсутствии тока в измерительном приборе, а следовательно, без погрешности, вносимой этим током.