Электрмагнит

Бақылау сұрақтары

3. Толық тоқ заңының формуласын құрастыру және жазу.

Сегнетодиэлектриктің полярлану қисығын зерттеу

Диэлектриктердің полярлануы дегеніміз - сыртқы электр өрісінің әсерімен зарядтың оның атомдары мен молекуларының ішінде ығысуы, ал Р полярланғандық векторы полярлану нәтижесінде ығысу бағытына перпендикуляр бет бірлігі арқылы өткен заряд саңына тең болады.

Қарапайым диэлектриктерде Р полярланғандық векторы мен D электрлік ығысу векторы (электростатикалық индукция векторы) Е электр өрісінің кернеулілігіне пропорционал келеді

D = ₀E + P = ₀E + Е = _аЕ,

мұнда ₀ – бостықтың диэлектрлік өтімділігі;

_а = ₀ + – диэлектриктің абсолютті диэлектрлік алғырлығы.

Сыртқы өрістің қарапайым полярланумен қатар қабаттасқанда, сыртқы өріс сызығының бойындағы полярланған домендерінің бағдарлануы басталып, қосынды полярланғыштық қарқынды түрде көбейеді. Қарапайым диэлектриктерге қарағанда, тәуелділік Р(Е) сызықты емес бола бастайды (5.1суреті). Өрістің кейбір кернеулілік мәнінде бұл үрдіс (процесс) аяқталады және өрістің әрі қарай ұлғаюы кезінде полярлану қарапайым диэлектриктердегідей көбейеді. Бұл сегнетодиэлектриктің қанығу орталығы. Өрістің азаюы мен оның бағытының әрі қарай өзгеруі кезінде Р(Е) тәуелділіктің қисығы бастапқысымен сәйкес келмей, аздап жоғарырақ болады, ал кернеуліліктің циклдік өзгерісі кезінде сегнетодиэлектрик гистерезисінің тұзағы деп аталатын тұйық қисықты түзеді. Әртүрлі сегнетодиэлектриктердегі тұзақ ені мен өз кезегінде полярланудағы шығындарында айтарлықтай өзгешіліктер болады. Электр гистерезисіндегі тұзағы өте тар келетін сегнетті жұмсақ материалдар сыйымдылығы үлкен шағынгабаритті конденсаторлерді дайындау үшін пайдаланылады.

Егер қарапайым диэлектриктердегі абсолютті диэлектрикалық өтімділік _а = (1…4)₀ болса, сегнетодиэлектриктердегі оның көрсеткіші 10⁴₀.

Бұл жұмыста диэлектригі сегнетті жұмсақ материал болып табылатын шағынгабаритті конденсатор зерттеледі. P(E) тәуелділікті эксперименталды түрде алу үшін, сегнетодиэлектриктерде ₀E << P және соның кезегінше DP, ал бұған сәйкес P(E) тәуелділік D(E)-мен тепе-тең келетіндігі жайлы факті есепке алынады. Соңғысы q(U) кулондық-вольттік сипаттама тәрізді, себебі пластинасының ауданы S, ал олардың аралығы d болатын конденсаторда: q = DS және U = Ed. Конденсатордың кулондық-вольттік сипаттамасын электронды немесе виртуалды осцилограф экранынан байқауға болады.

Т
әжірибиелі қондырғының принципиалды сұлбасы 5.2. суретінде берілген.

5.2.Сурет

мұндағы S – конденсатор астарының ауданы.

R = 10 Ом қосымша резисторы генератордың шығу кернеуінде құраушы шағын тұрақтының жоқтығынан пайда болатын тоқтың құраушы тұрақтыны шектеу үшін қызмет етеді.

5.2 Тапсырма

5.2.2 P(E)диелекртигінің поляризациялық сипаттамасын сонымен қатар конденсатор астарлы бетінің S = 300 мм² ауданын және оқшаулаудың d = 0,01 мм қалыңдығын қабылдап, диэлектрик өтімдіктің қатыстығының (E)электр өрісі кернеулілігіне тәуелділігін құру және есептеу.

5.3 Жұмысты орындау бойынша нұсқаулар

5.3.2 Компьютерді қосып, «I Аспаптар» виртуалды аспаптардың блогін аш. Осы блоктің жоғарғы әйнегінде V0, ал үстіңгі үшіншіде - V1 аспаптарын активтендір және өлшенуші шаманың тегі - «Амплитуданы» орнат.

5.3.3 Виртуалды осцилографты қосыңыз, оның бірінші каналына V0 сигналын, ал үшіншісіне V1сигналын «қосыңыз».Жаймалаудың (развертка) 200 мкС/дел ұзақтығын орнат.

5.3.4 Кернеудің генераторлар блогін қосыңыз, арнайы формалы кернеу генераторында жиілігі 0,6…0,7 к Гц максималды амплитудасының синусоидалық сигналын орнат.

5.3.5 Виртуалды осцилографта жуықтап алғанда бір периодты екі сигналдың бейнесі пайда болғанына яғни ақ түсті қисық u₀ , сызықты емес конденсатордың кернеу өзгерісіне, ал жасыл түсті қисық u₁ сызық конденсаторі кернеуінің өзгерівсіне сәйкес келіп тұрғандығына көзіңді жеткіз.

5.3.6 Осцилографтың X-Y режимін қосып, экранда конденсатордың кулон-вольттік сипаттамасының бейнесі пайда болғандығына көзіңді жеткіз. Осы жерде Х кернеуіне U₀ (1 канал ) кернеуін, ал Y кернеуіне - U₁ (3 канал ) кернеуін жіберу керек. Конденсатордың бұл типіндегі гистерезис тұзағы өте жіңішке болып келеді де, осцилографта бір сызық сияқты көрінеді.

5.3.7 Осцилографтың масштабтарын кіру блоктерінде 1 және 3 басқыштарын басу арқылы бекітіңіз. Осы кезде басқыштардың түсі қызарып, әрі қарай масштабтар автоматты түрде өзгеруден қалады.

5.3.8 Синусоидалық кереуді нөлге дейін төмендетіңіз және оны келесіде қадам сайын генератор кернеуінің максималды мүмкін шамасына дейін ұлғайта отырып, 5.1кестесіне  U₁ сызықтық конденсатормен U₀ сызықтық емес конденсатордағы кернеулердің амплитудаларын жазып отырыңыз.

5.3.9 Р(Е) диэлектригінің полярлану сипаттамасы мен (E) тәуелділігін есептеңіз. Масштабтарды таңдай отырып, 5.4 суретінде график құрастырыңыз.

5.1 Кесте

Uo, B	U1, B	Е, В/м	Р, Кл/м2		Еср, В/м
0
10
20
30
40
50
60
70

5.4 Сурет

1 Сигнетодиэлектриктерге қай диэлектриктерді жатқызамыз? Олардың сызықтық диэлектриктерден айырмашылығы неде?

2Сегнетодиэлектриктің электр гистерезисінің тұзағы қалай пайда болады?

3 Сегнетодиэлектрик гистерезисі тұзағының ені неге байланысты?

4 Сегнетодиэлектриктер мен диэлектриктердің абсолютты диэлектрикалық өтімділіктерін салыстыру.

5 Не себептен гистерезис тұзағы жіңішке келетін (сегнетті жұмсақ материалдар) сегнетодиэлектриктерді пайдаланғанда, сыйымдылығы үлкен шағынгабаритті конденсаторлар пайда болады ?