Трехфазные нагрузочные цепи Испытание генератора постоянного тока Испытание синхронного двигателя Трехфазные выпрямители Исследование усилителя низкой частоты

Лабораторные работы по ТОЭ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №23

Исследование электрических свойств сегнетоэлектриков

Цель работы:

1. Ознакомиться с основными положениями теории электрического поля в диэлектрике.

2. Получить на экране осциллографа зависимость индукции от напряженности электрического поля в сегнетоэлектрике (петлю гистерезиса).

3. Определить остаточную индукцию, коэрцитивную силу и тангенс угла диэлектрических потерь (tg) при различной частоте циклов изменения напряженности поля.

4. Определить диэлектрическую проницаемость сегнетоэлектрика по одной из полученных петель гистерезиса.

1. Указания к работе

Электрические заряды создают в окружающем пространстве электрическое поле. Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные частицы и тела служит векторная величина Е, называемая напряженностью электрического поля.

 

Напряженность электрического поля равна силе , действующей на единичный положительный заряд q0, помещенный в рассматриваемую точку.

 

.

(1)

Два одинаковых по величине и противоположных по знаку электрических заряда (+qo и -qo), находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называются электрическим диполем.

Диполь характеризуется электрическим дипольным моментом:

(2)

Вектор   направлен от отрицательного заряда (-qo) к положительному (+qo).

Поляризация диэлектриков

Диэлектриком называют вещества, которые при обычных условиях не проводят электрический ток.

Согласно представлениям классической физики, диэлектрик, как и всякое вещество, состоит из атомов и молекул. Однако, в отличие от проводников в нем нет свободных зарядов, способных двигаться под действием электрического поля. Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны, так как суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы, равен нулю.

Тем не менее такая система создает электрическое поле, поскольку положительный заряд ядер и отрицательный заряд электронов находится в разных точках пространства. Если заменить положительные заряды ядер молекулы суммарным зарядом (+q), находящимся в "центре тяжести" отрицательных зарядов, а заряд всех электронов заменить суммарным отрицательным зарядом (-q), расположенным в "центре тяжести" отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь. Дипольный момент молекулы равен произведению суммарного заряда q на расстояние между "центрами тяжести" обоих суммарных зарядов.

В зависимости от строения молекул различают три группы диэлектриков.

Первую группу диэлектриков (Н2;N2;O2;CO2;CH4...) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение. Благодаря этому при отсутствии внешнего поля "центры тяжести" суммарных положительных и отрицательных зарядов совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы равен нулю. Молекулы таких диэлектриков называются неполярными.

Вторую группу диэлектриков (Н2О; NH3; SO2; CO...) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение. "Центры тяжести" суммарных положительных и суммарных отрицательных зарядов молекулы не совпадают. Молекулы таких диэлектриков обладают дипольным моментом даже в отсутствие внешнего поля и называются полярными.

Третью группу диэлектриков (NaCl; KBr; KCl...) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. При наложении на ионный кристалл электрического поля происходит деформация кристаллической решетки или относительное смещение подрешеток.

Положительные и отрицательные ионы смещаются в противоположные стороны и каждая ячейка кристалла становится диполем.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появление под действием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации.

- электронная или деформационная поляризация имеет место в диэлектрике с неполярными молекулами и заключается в возникновении у атомов и молекул индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит.

- ориентационная, или дипольная поляризация. Имеет место в диэлектрике с полярными молекулами и заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю.

- ионная поляризация имеет место в диэлектриках с ионными кристаллическими решетками и заключается в смещении подрешетки положительных ионов вдоль внешнего поля, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной , которая называется поляризованностью. У большого класса диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков) поляризованность   линейно зависит от напряженности поля .

Сегнетоэлектриками называют кристаллические диэлектрики, которые обладают поляризованностью даже при отсутствии внешнего электрического поля (спонтанно, то есть самопроизвольно, поляризованы).

Подготовка к работе звукового генератора ГЗ-11


На главную