Исследование процесса поляризации сегнетоэлектрика производится с помощью схемы, представленной на рис.7. От источника питания ИП на вход кассеты ФПЭ-02 с помощью специального кабеля поступает постоянное и переменное напряжение. С выходных клемм кассеты «PV» переменное напряжение через соединительные провода подается на цифровой вольтметр (вход U – O). С выходных клемм кассеты «PQ» переменное напряжение подается с помощью соединительных кабелей на выход осциллографа. С клеммы «X» напряжение подводится на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа (канал А). С клеммы «Y» напряжение поступает на вертикально отклоняющие пластины осциллографа (канал Б).
Рис.7. Общая электрическая схема лабораторной установки
Принципиальная схема кассеты ФПЭ-02 приведена на рис.8.
 | |||
 |
Рис.8. Принципиальная схема кассеты ФПЭ-02
Переменное напряжение частотой 50 Гц от источника питания подается на делитель напряжения кассеты, состоящий из двух сопротивлений R1 и R2 (рис.8). Это напряжение измеряется цифровым вольтметром на выходных клеммах кассеты «PV». Параллельно делителю включены две последовательно соединенные емкости: исследуемый сегнетоэлектрический конденсатор C1 и эталонный конденсатор C2. Величина подаваемого напряжения регулируется переменным резистором R3. Подача переменного напряжения в электрическую цепь дает возможность наблюдения поляризованности сегнетоэлектрического конденсатора - диэлектрического гистерезиса.
Для получения симметричной петли гистерезиса в исследуемую электрическую цепь подается постоянная составляющая напряжения более 40 В, величину которой можно регулировать с помощью ручки плавной регулировки, расположенной на панели источника питания (ручка «12В-120В»). Для наблюдения поляризации сегнетоэлектрического конденсатора C1 при подаче на него переменного напряжения служит электронный осциллограф.
На вертикально отклоняющие пластины осциллографа (канал Б) подается напряжение U2 с эталонного конденсатора C2:
(9)
где Q - заряд на конденсаторе, C2 - емкость эталонного конденсатора.
Поскольку конденсаторы C1 и C2 соединены последовательно, то они имеют на обкладках одинаковый заряд Q, величину которого можно выразить через поляризованность P исследуемого конденсатора следующим образом
(10)
где s ¢ -поверхностная плотность заряда на обкладках исследуемого
сегнетоэлектрического конденсатора C1,
S - площадь обкладок этого конденсатора.
С учетом (10) напряжение U2 будет равно
. (11)
Следовательно, подаваемое на вертикально отклоняющие пластины осциллографа напряжение U2 пропорционально поляризованности P в сегнетоэлектрике.
Учитывая формулу (11), получим выражение для поляризованности P:
(12)
На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается переменное напряжение U1 , приложенное к сегнетоконденсатору.
Из электрической схемы рис 8. видно, что
, (13)
где U - переменное напряжение в цепи питания кассеты ФПЭ-02.
Напряжение U подается также на емкостной делитель C1C2. В схеме C1 << C2 , поэтому можно считать, что практически все напряжение U приложено к сегнетоэлектрическому конденсатору C1.
Напряжение U можно выразить через напряженность E внешнего электрического поля в сегнетоэлектрике и его толщину d:
. (14)
Таким образом:
(15)
Следовательно, на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение, пропорциональное напряженности E внешнего электрического поля.
Из соотношения (15) получаем формулу для напряженности внешнего электрического поля:
(16)
Порядок выполнения работы
