Мгновенные виды поляризации

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Методические указания
по выполнению лабораторной работы

УДК 621. 315.61

УДК 621. 317.335.2

Абрамов В.Б., Карпанин О.В., Медведев С.П., Метальников А.М, .Печерская Р.М. Исследование линейных диэлектриков. //Методические указания по выполнению лабораторной работы. ПГУ, каф. НиМЭ, Пенза, 2009.

Методические указания подготовлены на кафедре нано- и микроэлектроники Пензенского государственного университета и предназначены для выполнения лабораторной работы по исследованию температурных зависимостей параметров линейных диэлектриков на автоматизированном лабораторном стенде.

Указания предназначены для использования в учебном процессе при подготовке специалистов инженеров, а также бакалавров и магистров по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки 210000 – Электронная техника, радиотехника и связь.

Кафедра нано- и микроэлектроники Пензенского государственного университета

СОДЕРЖАНИЕ

1 Теоретическое введение.. 4

1.1 Основные определения. 4

1.2 Механизмы поляризации. 4

1.2.1 Мгновенные виды поляризации. 4

1.2.2 Замедленные виды поляризации. 5

1.3 Температурный коэффициент емкости. 7

1.4. Классификация конденсаторов по виду диэлектрика и ТКЕ.. 8

2 Описание работы автоматизированного лабораторного стенда 11

2.1 Структура автоматизированного лабораторного стенда. 11

2.2 Принцип измерения емкости. 12

2.3 Измерительный блок. 13

3.1 Основное окно программы.. 15

3.2 Окно схемы измерений. 16

3.3 Рабочая тетрадь. 17

3.4 Инструменты.. 22

3.4.1 Характериограф.. 22

3.4.2 Коммутатор объектов. 23

3.4.3 Измеритель температуры.. 23

3.4.4 Нагреватель. 24

3.5 Обработка результатов измерений. 24

3.5.1 Построение и редактирование выражений. 24

3.5.2 Построение и редактирование графиков. 26

3.5.3 Формирование отчета. 27

4 выполнение работы... 28

4.1 Виды исследований. 28

4.2 Порядок выполнения работы.. 29

5 Контрольные вопросы... 30

Литература.. 31

Теоретическое введение

Основные определения

Диэлектрики - материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. При внесении в электрическое поле каких-либо диэлектриков, происходит изменение этого поля. Помещая диэлектрик между разноимённо заряженными пластинами, количество электричества на пластинах увеличивается при заданной разности потенциалов между ними, т.е., другими словами, увеличивается ёмкость конденсатора.

Поляризацией называют состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического дипольного момента у любого элемента его объема. Количественной характеристикой поляризации служит поляризованность. Поляризованностью называют векторную величину, равную отношению электрического момента dp элемента объема dV к этому объему:

, (1)

где p – дипольный момент, который определяется произведением заряда на расстояние между центрами отрицательного и положительного зарядов. Поляризованность численно равна поверхностной плотности связанных зарядов и выражается в Кл/м².

Линейными называются диэлектрики, для которых в слабых полях характерна линейная зависимость поляризованности от напряженности внешнего поля.

P = e₀cE = e₀(e – 1)E, (2)

где c – диэлектрическая восприимчивость, e₀ = 8.854×10^-12 Ф/м – диэлектрическая постоянная, e – диэлектрическая проницаемость. Диэлектрическая проницаемость характеризует способность поляризоваться и численно равна отношению емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости такого же по размеру конденсатора, если между обкладками – вакуум.

Дипольный момент элемента объема диэлектрика может появиться вследствие смещения различных заряженных частиц. Поэтому различают несколько видов поляризации, которые могут иметь место одновременно у одного и того же материала.

Механизмы поляризации

Мгновенные виды поляризации

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Диэлектрическая проницаемость уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением и уменьшением числа частиц в единице объема. Кривая зависимости e от температуры подобна кривой изменения плотности, резкие снижения наблюдаются при агрегатных переходах (рисунок 1.1).

Электронная поляризация, очевидно, наблюдается во всех веществах. В ряде диэлектриков наблюдается только этот вид поляризации: полиэтилен, полистирол, фторопласт, сера и др.

Ионная поляризация обусловлена смещением упруго-связанных ионов на расстояние существенно меньше постоянной решетки. На заряд q в поле напряженностью Е действует сила F = q Е. При смещении заряда на расстояние Dx возникает возвращающая упругая сила F_упр = k_упрDx, где k_упр – коэффициент упругой связи. В состоянии равновесия F=F_упр или q Е = k_упрDx. При повышении температуры диэлектрик расширяется, увеличивается расстояние между атомами, коэффициент упругой связи уменьшается, поэтому ионы под действием поля смещаются на большее расстояние и диэлектрическая проницаемость увеличивается.

Ионная поляризация наблюдается в ионных кристаллах, неорганических стеклах, керамиках.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: