Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме (рис. 3).

Соответственно, емкость всех конденсаторов при последовательном соединении будет определяться

Рис. 3 Электрическая схема для определения емкости конденсатора - известная емкость, К-ключ двухполюсный, замыкающий точки 1 и 2, - определяемая емкость (неизвестная), - источник постоянного тока, V- вольтметр.

2.Ключом К замкнуть электрическую цепь в положение точки I (см. рис. 3)

3.Определить величину заряда на пластинах конденсатора по формуле:

(17)

где напряжение на пластинах конденсатора определяемая с

помощью вольтметра. Рассчитанные значения заряда и величину напряжения занести в таблице № I.

Определение неизвестной ёмкости конденсатора по известной ёмкости

Таблица 1

№
1 2 3 Ср

4, Переключить, ключ К из положения I в положение точки 2. В этом случае разность потенциалов на пластинах конденсаторов изменится

за счет изменения емкости цепи при неизменном заряде (см.

5. Снять показание вольтметра, т.е напряжение ,показывающая напряжение двух емкостей и соединенных параллельно.

это напряжение определяют формулой:

(18)

6. Рассчитать емкость конденсатора по формуле:

(19)

7. Повторить измерения 3-5 раз последовательно, выше проделанные пункты 2-7, и занести расчетные данные в табл.№1.

8. Оценить абсолютную и относительную погрешности измеряемых величин по формулам:

где

Контрольные вопросы

!. Что понимается под уединенным проводником?

В каких единицах измеряется электроемкость в системе СИ?

Что понимается пол конденсатором?

По какой формуле определяется напряженность электрического поля конденсатора? От каких параметров она зависит?

Выведите формулу электроемкости плоского конденсатора.

Как определяются емкость конденсаторов при параллельном и последовательном соединениях?

Лабораторная работа 7 изучение явления диэлектрического гистерезиса

Цель работы

Изучение явления диэлектрического гистерезиса

сегнетоэлектрического конденсатора - вариконда ВК2-ЗШ и определение его ёмкости.

Приборы и принадлежности

1. Кассета ФПЭ - 02/07: 2. Осциллограф CI - 73: 3. Источник питания ИП: 4.Вольтметр В7-27А.

Теоретическое введение

Сегнетоэлектрики - это диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено при приложении электрического поля.

Сегнетоэлектрики относятся к классу ионных кристаллов, а электрические свойства кристаллов тесно связаны их симметрией. Симметрия характеризует особенности расположения

электрических зарядов в кристаллах. Можно выделить три типа этого расположения для диэлектриков

В первом из них расположение положительных и отрицательных зарядов является центросимметричным. т.е. "центры тяжести" зарядов каждого знака совпадают друг с другом. В пределах одной элементарной ячейки такое совпадение означает, что эти центры тяжести совпадают с центром ячейки. Такие кристаллы называют неполярными.

В диэлектриках второго типа "центры тяжести" зарядов противоположных знаков в пределах элементарной ячейки не совпадают, а получающиеся при таком расположении электрические дипольные моменты во всех соседних ячейках параллельны. Совокупность всех построенных таким образом элементарных ячеек, образующих кристалл, делает его микроскопически поляризованным в отсутствии внешнего поля (спонтанная поляризация). Такие кристаллы называют полярными.

В диэлектриках третьего типа "центры тяжести" положительных и отрицательных зарядов совпадают, но распределение зарядов каждого знака не является центросимметричным. Отсутствие центросимметричности в распределении зарядов каждого знака -разрешает наличие полярных направлений, однако, геометрическая сумма всех дипольных моментов оказывается равной нулю. Такие кристаллы называют полярно нейтральными.

Примером полярных диэлектриков и служат сегнетоэлектрики -вещества, которые ниже некоторой температуры (или в интервале температур) в отсутствии внешнего поля имеют области самопроизвольной (спонтанной) поляризации - домены Такие температурные области называют полярными. На границе этих областей сегнетоэлектрик испытывает фазовый переход, сопровождающийся исчезновением спонтанной поляризации и изменением структуры кристаллической решетки. Температура фазового перехода материала из сегнетоэлектрического (полярного) состояния в параэлектрическое (неполярное) называется точкой Кюри.

В сегнетоэлектриках ниже точки Кюри, в отсутствии внешнего поля, в пределах каждого домена дипольные моменты всех элементарных ячеек ориентированы одинаково; в соседних доменах направления спонтанной поляризации составляют определенные углы друг с другом, так что геометрическая сумма электрических моментов всего кристалла в целом равна нулю. Разбиение кристалла на домены с различными направлениями поляризации энергетически более выгодно, так как при этом полная энергия достигает минимума. и спонтанно поляризованный сегнетоэлектрик в полярной облает температур обладает большой устойчивостью.

Следствием существования областей спонтанной поляризации в сегнетоэлектриках является наличие у них следующих свойств;

1. Высокое значение (порядка нескольких тысяч) диэлектрической проницаемости, в то время как у обычных диэлектриков с составляет

единицы, достигая в виде исключения нескольких десятков (у воды, например, =81).

2.Зависимость диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля.

3.Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

4. Наличие диэлектрического гистерезиса, т.е. отставания поляризации по времени от приложенного напряжения.

5. Достаточно резко выраженная зависимость диэлектрической проницаемости и диэлектрических потерь от частоты, особенно в области сверхвысоких частот и т.д.

Внешнее электрическое поле в сегнетоэлектриках вызывает поляризацию, как и в любом диэлектрике, из-за смещения электрических зарядов и, кроме того, из-за смещения и ориентации целых областей -доменов. Существенной особенностью сегнетоэлектриков является не только наличие спонтанной поляризации, но и возможность изменения знака этой поляризации, ее обращение: при некотором значении внешнего поля диполи, ориентированные против поля, могут изменить свое направление на обратное.

Между поляризацией Р и напряженностью электрического поля Е существует сложная нелинейная зависимость, при изменении поля от +Е до -Е и обратно, поляризация в сегнетоэлектрике описывает замкнутую кривую называемую петлей гистерезиса (рис. 1).

Сущность гистерезиса заключается в том. что поляризация сегнетоэлектрика определяется не только значением напряженности поля, но и предшествовавшими состояниями поляризации. Поскольку кривая поляризации имеет нелинейный характер, диэлектрическая проницаемость как функция поля изменяется также по сложному закону. В слабых полях с увеличением напряженности поля происходит плавное возрастание s, затем резкое увеличение с последующим переходом через максимум. В силу этих нелинейных зависимостей поляризации и диэлектрической проницаемости от напряженности поля сегнетоэлектрики относят к классу нелинейных веществ. Гистерезис можно наблюдать подводя к образцу сегнетоэлектрического конденсатора (вариконда) переменное напряжение.

В данной работе изучается явление гистерезиса нелинейной зависимости величины заряда на обкладках вариконда от приложенного к нему напряжения, а также определяются значения нелинейной ёмкости вариконда.