Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с описанием приборов, используемых в данной установке.
1. Установить ручку «Рег U» на панели кассеты ФПЭ – 02 в среднее положение.
2. Установить органы управления на панелях осциллографа РО в положение, обеспечивающее наблюдение фигур Лиссажу, измерение величины переменного напряжения и исследование зависимости между двумя внешними сигналами.
3. Подготовить к работе источник питания ИП и вольтметр PV.
4. Собрать схему согласно рис. 2.6.
5. После проверки схемы преподавателем или лаборантом присоединить все приборы к сети ~220 В, 50 Гц и включить тумблеры «Сеть» на панелях всех приборов. На экране осциллографа должна появиться петля гистерезиса.
6. Установить петлю гистерезиса в центральную часть экрана осциллографа. С помощью ручки «12 В – 120 В» на панели источника питания подобрать такую величину постоянной составляющей напряжения, при которой изображение петли гистерезиса на экране является симметричным.
Задание 1. Определение тангенса угла диэлектрических потерь.
1. Получить петлю гистерезиса предельного цикла. Для этого повернуть в крайнее правое положение ручку «Рег U» на панели кассеты и подобрать, если это необходимо, такой коэффициент отклонения kу осциллографа, чтобы кривая гистерезиса предельного цикла целиком размещалась в пределах экрана, занимая не меньше половины экрана (по вертикали).
2. Измерить координаты х0 и у0 вершины петли гистерезиса. Для этого, подводя каждую из вершин петли (точки А и С на рис. 2.3) сначала к оси Х, а затем к оси У (центральным, градуированным линиям сетки экрана), определить их координаты +х0 и –х0, +у0 и –у0 и взять среднее арифметическое из модулей полученных значений. Записать значение коэффициента отклонения kу при измерении у0.
3. Установить кривую гистерезиса симметрично относительно осей У и Х и перерисовать ее с экрана осциллографа на миллиметровую бумагу по точкам, снятым с помощью сетки экрана.
4. Определить площадь петли гистерезиса, используя рисунок, выполненный на миллиметровой бумаге.
5. Вычислить tgδ по формуле (2.24).
6. Занести в таблицу 2.1 результаты всех вычислений.
Таблица 2.1
x0, дел
kx, В/дел
y0, дел
ky, В/дел
Sn, дел2
tg δ
0.3
Задание 2. Определение остаточного смещения Dr, коэрцитивного поля Ес и спонтанной поляризации насыщения Рsmax.
1. Установить петлю гистерезиса предельного цикла, полученную в задании 1, пункт 1, симметрично относительно оси У. Измерить значение уr как половину ширины петли при х=0. Записать значение kу, соответствующее этому измерению.
2. Установить петлю гистерезиса симметрично относительно обеих осей. Измерить значение хс как половину ширины петли при у=0.
3. Продолжить линейные участки петли предельного цикла (АВ и СD на рис. 2.3) до пересечения с осью У, используя рисунок петли, выполненный в задании 1, п.3. Измерить значение уs как половину расстояния между точками пересечения экстраполированных участков с осью У.
4. По формулам (2.21) и (2.22) рассчитать значения Dr; Рsmax≈Ds и Ес.
5. Оценить погрешности измерения остаточного смещения Dr и коэрцитивного поля Ес.
6. Занести в таблицу 2.2 результаты всех вычислений.
Таблица 2.2
yr,
дел
Dr,
Кл/м2
ky,
В/дел
ys,
дел
Ds,
Кл/м2
xc,
дел
kх,
В/дел
Ес,
В/м
S,
см2
h,
см
C2,
пФ
R1,
кОм
R2,
кОм
0.3
0.2
4.7
Задание 3. Получение основной кривой поляризации и изучение зависимости ε=f(Е).
1. Для кривой гистерезиса предельного цикла, полученной в задании 1, пункт 1, измерить значения координат хomax и уomax вершины цикла (точки В на рис. 2.3) по методике, описанной в том же задании 1, пункт 2. Записать значение коэффициента kу при измерении уomax. Определить по показанию вольтметра PV напряжение U.
2. Уменьшить напряжение U с помощью ручки «Рег. U» на панели кассеты и получить петлю предельного цикла, соответствующую такому амплитудному значению Е0 напряженности поля, ниже которого предельный цикл исчезает (т.е. начинают изменяться площадь петли и координаты ее вершин). Для этой петли: а) определить по показанию вольтметра PV напряжение U; б) взять из задания 1, пункт 2 значения х0, у0 и kу.
3. Получить несколько частных циклов, уменьшая напряжение U ручкой «Рег U» и изменяя коэффициент kу осциллографа таким образом, чтобы каждая петля гистерезиса занимала не менее половины экрана (по вертикали). Число частных циклов должно быть не менее пяти при различных значениях коэффициента kу.
Таблица 2.3
№
U,
В
x0,
дел
y0,
дел
kу,
В/дел
Е0,
104 В/м
ε,
103
Δε,
103
хomax=
yomax=
4. Построить основную кривую поляризации в координатах х, у.
5. По формулам (2.23) и (2.25) рассчитать значения Е0 и ε для всех исследованных циклов переполяризации.
6. Оценить погрешности измерения ε.
7. Занести в табл. 2.3 результаты всех вычислений.
8. Построить график зависимости ε=f(Е).
Контрольные вопросы
1. В чем заключается поляризация диэлектриков? Какая величина является количественной характеристикой поляризации? Как эта величина связана с напряженностью электрического поля в диэлектрике?
