POMIAR ZALEśNOŚCI PRZENIKALNOŚCI ELEKTRYCZNEJ FERROELEKTRYKA OD TEMPERATURY SPRAWDZANIE PRAWA CURIE - WEISSA

Transkrypt

1 POMIAR ZALEśNOŚCI PRZENIKALNOŚCI ELEKTRYCZNEJ FERROELEKTRYKA OD TEMPERATURY SPRAWDZANIE PRAWA CURIE - WEISSA Zestaw przyrządów: - mostek pojemności (AUTOMATIC C BRIDGE TYPE E315A) - woltomierz cyfrowy (DIGITAL VOLTOMETER TYP V544) - regulator temperatury (TEMPERATURE CONTROLLER TYPE 660) - termostat - komputer Zadania do wykonania Wyznaczyć zaleŝność przenikalności elektrycznej oraz tangensa strat dielektrycznych ferroelektryka w otoczeniu przemiany fazowej. Schemat blokowy układu pomiarowego Termostat Próbka ferroelektryk Woltomierz cyfrowy Regulator temperatury Mieszanina wody z lodem Komputer Czujnik Pt Grzejnik Mostek pojemnoœci Nastawy pracy regulatora temperatury - zakres proporcjonalności (PROPORTIONAL BAND P) czas całkowania (INTEGRAL TIME T j ) 2 - czułość miernik/wzmacniacz (SENSITIVITY METER/AMPLIFIER) 10 / 10 - nastawa temperatury (SET POINT) T czas realizacji programu (TIME) - 40

2 - zakres mocy (POWER RATE). Przełącznik wybierający zakres mocy wyjściowych oraz jednocześnie włączający zasilanie 50 - narastanie temperatury - ładowanie (LOAD) zapisanie w pamięci kierunku pracy programatora - start (START) uruchomienie programatora - działanie (OPERATION) lampka sygnalizuje działanie programatora. Świecenie następuje z chwilą wciśnięcia przycisku start. Gdy lampka nie świeci się oznacza to, Ŝe źle dobrano temperaturę T 0. Nie naleŝy zaczynać pomiarów i zgłosić problem prowadzącemu. Obsługa programu do pomiaru przenikalności elektrycznej: Włączyć komputer. Wejść do Systemu Windows (wystarczy wpisać win i nacisnąć przycisk ENTER). Program do pomiarów przenikalności nazywa się POMIARY PRZENIKALNOSCI. Po uruchomieniu programu pojawia się kolejno pytanie o uŝytkownika (naleŝy wpisać P i ENTER) i hasło (naleŝy wpisać P i ENTER). Ustawienia parametrów pomiarowych: Włączenie okienka pomiarowego (z menu rozwijanego wybrać RUN -> PROCESS CONTROLLER)

3 Na wykresie ekranu będzie rysowana zaleŝność pojemności próbki od liczby punktów. Cały ekran pomiarowy moŝe maksymalnie narysować 4095 punktów. Liczbę punktów na ekranie moŝna zmienić (w okienku NUMBER OF POINTS wpisać np. 1800). MoŜliwe jest ustawienie odstępu czasu w jakim dokonywany ma być pomiar (TIME INTERWAL [s] wpisać np. 2). Przy takich ustawieniach pomiar będzie dokonywany przez 1 godzinę). Zakres pomiaru wyświetlanych wartości pojemności trzeba dopasować do wykonywanych pomiarów. Z dolnego menu naleŝy wcisnąć klawisz Set Up, a następnie ikonę z zielonym wykresem (3 ikona z lewej strony okna). W okienko Frame min Y wpisać wartość 1E-12, co oznacza, Ŝe najmniejszą pokazywaną wartością pojemności na wykresie będzie 1pF. W okienko Frame max Y wpisać wartość 1E-9 (maksymalna wartość na wykresie 1 nf) następnie wcisnąć przycisk OK.

4 Po nastawieniu parametrów wyświetlania na wykresie rozpoczęcia pomiarów dokonuje się poprzez wciśniecie ikony RUN. Po zakończeniu pomiarów uzyskane wyniki zapisuje się poprzez wybranie z Menu głównego FILE -> Save As (Ctrl +A). Stacja dyskietek 3,5 jest oznaczona jako dysk b:. Do pliku zapisywane są wyniki w trzech kolumnach. Kolumna pierwsza to temperatura podana w [K], druga kolumna to pojemność [F], kolumna trzecia to kąt stratności. UWAGI: Do pliku zapisywane są wszystkie uzyskane wyniki niezaleŝnie o tego czy mieściły się w zakresie zadeklarowanych wcześniej wartości Y. Wymiary badanej próbki oraz pojemności doprowadzeń C d podaje prowadzący. Opracowanie wyników 1. Sporządź wykresy zaleŝności względnej przenikalności elektrycznej, odrotności przenikalności elektrycznej oraz tg δ od temperatury.

5 gdzie: C pojemność zmierzona C d pojemność doprowadzeń C 0 pojemność geometryczna próbki r C C C = C 0 = gdzie: 0 przenikalność elektryczna próŝni S powierzchnia próbki d grubość próbki 2. Na podstawie wykresu zaleŝności 1 / wyznaczyć temperaturę przemiany fazowej, stałą Curie-Weissa dla fazy ferroelektrycznej i paraelektrycznej. 3. Korzystając z wartości stałej Curie-Weissa dla fazy paraelektrycznej obliczyć współczynnik α w rozwinięciu energii swobodnej Φ = Φ 1 + α d S d 2 4 ( T T ) P + βp EP Oszacować zakresy temperatur dla których spełnione jest prawo Curie-Weissa. 5. Dla liniowych odcinków zaleŝności ( T) 1 obliczyć stosunek T T ( 1 ) T< Tc ( 1 ) T> Tc Uzyskana z pomiarów wartość α będzie potrzebna do obliczenia współczynnika β na podstawie pomiarów polaryzacji spontanicznej.