Лабораторная работа №2 практическая работа №1 Қайырбек Бейбіт
Өздік (жоспарсыз) поляризация
жүктеу/скачать 200,64 Kb.
|
| Өздік (жоспарсыз) поляризация
Поляризация сыртқы өріс жоқ кезде жоспарсыз дипольдік моментке ие, аумақтарға бөлетін (домендер) сегнетоэлектриктер мен заттарға тән. Өріс жоқ кездегі домендердің дипольдік моментінің өзара бағыттары мынадай, заттың дипольдік моментінің жиынтығы нолге тең. Өрістердің қабаттасуы өте қатты поляризацияны тудыратын домендардың дипольдік моментерін бағыттайды. Поляризация электр өрісінің кернеуіне сызықты емес тәуелді және электр өрісі кернеулігінің кейбір мәндерінде қанығуға жетеді. Сондықтан сегнетоэлектриктің диэлектрлік өтімділігі оның нақты бір мәнінде максимумға жететін электр өрісінің кернеулігінен сызықты емес тәуелді болады. Сонымен қатар, диэлектрлік өтімділіктің температуралық тәуелділігі белгілі бір температураларда бір немесе бірнеше максимумдарға ие болады (стронций және барий титанаттары). Сегнетоэлектриктердегі жоспарсыз поляризация Кюри температурасы деп аталатын температурадан жоғары жоғалатын температураның белгілі бір аумағында айқындалады. Бұл температура кезінде сегнетоэлектрикте екінші ретті фазалық ауысу байқалады, яғни кристалдық құрылымның түрі өзгереді. 6. Сұйық диэлектриктердің құрылымы полярлы (дипольды), полярлы емес (нейтралды) молекулалардан тұрады. Полярлы емес диэлектриктердің диэлектрлік өтімділігінің мөлшері жоғары емес және жарық сыну көрсеткішінің квадратына тең ε = n2. Полярлы емес сұйықтардың диэлектрлік өтімділігің температураға қатынасы бойынша температура ұлғайған сайын молекулалардың саны көлем бірлігі өскендігінен азаяды. ТКε абсолютті мағынасы бойынша ұлғаю (β) температуралық коэфициентіне жақындайды. ε Полярлы емес сұйықтардың ε – ны 2,5 аспайды. Температура мен жиіліктің диэлектрлік өтімділікке тиетін әсері 1.2 суретте көрсетілген. Сурет – Полярлы емес сұйықтың диэлектрлік өтімділігінің температураға (a) және жиілікке (б) тәуелдігі. Құрамында дипольды молекуласы бар сұйықтардың өрістенуі бірдей электрондық және дипольдық өрістенулермен анықталады. Осындай артықтарды неғұрлым дипольдардың электр моменттері көлем бірлігінде молекулалардың саны жоғары, соғұрлым диэлектрлік өрістенудің мөлшері үлкен. Қатты полярлы сұйықтардың ε өте үлкен, мысалы су, этил спиртті, т.б. Бұл сұйықтардың температураға тәуелді және сипаттамасы күрделі. 1.3 суретте хлорлы дифенил – совол деген полярлы сұйықтың өтімділігінің температураға қатынасы көрсетілген. Бұл тәуелдіктің анықтамасын дипольдық өрістену механизммен анықтауға болады: f1 = 50 Гц, f2 = 400 Гц, f3 = 1000 Гц. ТКε әр түрлі температураға (f = const) ε(t) - ның қисық сызығының графикалық дифференциялдау әдісімен жабуға болады. (1.3 Сурет). 1 Сурет – Соволдың ε =f(t) қатынасы. 2 Сурет – Соволдың ε =f(f) қатынасы. Мысалы, температура t1 мен жиілік f1 үшін TKε - ды табу керек болса нүкте (A) – ға тиістіре сызық сызылады. Бұл сызық гипотенуза ретінде, ал осыған тік үш бұрышты салынады. Масштабтарын еске ала тұрып, (A) нүктесіндегі осы үш бұрыштың катеттерінің ε мағынасына қатынасы болса, ізделінген ТКε шығады. Полярлы сұйықтардың өтімділігіне өрістің жиілігі едәуір әсер етеді. 1.4 суретте полярлы сұйықтың диэлектрлік өтімділігі мен жиіліктің қатынасы келтірілген. Қисық сызықтың түрі жоғарыда айтылған қағиданы нақтылайды. Өрістің жиілігі аз кезінде дипольдар өріс бағыттың өзгеру тездігіне үлгереді, ε ол кезде жоғары тұрақты кернеудегі өлшенген диэлектрлік өтімділіктің ε∞ мағынасы жақын болады. Жиіліктің мөлшері өте жоғарылағанда, молекулалар өрістің өзгеруіне үлгермей, диэлектрлік өтімділік төмендейді, электрондық өрістенумен анықталатын диэлектрлік өтімділікке ε∞ жақындайды. (ε∞ =n2). ε төмендеуін бастаған жиілік f0 келесі формуламен есептеледі: Мұндағы ή – динамикалық тұтқырлық, ч – молекуланың радиусы. Молекулалардың релаксация уақыты ( жиілікпен келесі сәйкестілікпен байланысты: (1.8) Техникада қолданылатын полярлы диэлектриктердің өтімділігі 3.5 – нан 5 – ке дейін шекте жатыр, яғни полярлы емес диэлектриктердің Е – на жоғары (1÷ 3.5) 42. Жіктелуі. Өткізгіш материалдар ретінде қатты денелер, сұйықтар және газдар (иондаған жағдайда) қолданылады. Әдетте электротехникада қолданылатын қатты өткізгіш материалдар – металдар мен олардың қорытпалары. Металл өткізгіш материалдар мынандай топтарға бөлінеді: а) өткізгіштегі жоғары металдар (қалыпты температура кезінде меншікті кедергілерді ); б) кедергілері жоғары қорытпалар ( ); в) өте төмен (криогендік) температура кезінде меншікті кедергілері тым болатын материалдар – асқын өткізгіштер және криогендік өткізгіштер. Сұйық өткізгіштерге балқыған күйіндегі металдар және әртүрлі электройттер жатады. Көпшілік металдардың балқу температурасы жоғары болады, тек сынаптың температурасы – 300 С – қа тең, сол себептен сынап қалыпты температура кезінде сұйық металл өткізгіш ретінде қолданылады. Қатты және сұйық металдар арқылы электр тоғының өтуін электр өрісінің әсерінен еркін электрондардың қозғалуы себеп болады, сондықтан металдар электрондық электр өткізгіштігі бар өткізгіштер немесе бірінші текті өткізгіштер деп аталады. Екінші текті өткізгіштерге қышқылдардың, сілтілердің және тұздардың ерітінділері жатады. Еріген күйдегі иондық кристалдар да осы өткізгіштер түріне жатады. Егер де электр өрісінің кернеулігі соққылық иондау мен фотоиондануды қамтамасыз ететін белгілі аумалы мәннен артық болса, онда газ электрондық және иондық электр өткізгіштігі бар өткізгішке айналуы мүмкін. Материалдардың қасиеттері. Өткізгіш материалдардың қасиеттерін сипаттайтын маңызды пааметрлеріне мыналар жатады: 1) өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі және меншікті кедергісі. Тоқтың тығыздығы J мен электр өрісінің кернеулігі Е арасындағы өзара байланыс былай анықталады. (4.1) мұндағы - өткізгіш материалдардың өткізгіштігі, См/м. Меншікті өткізгішке кері шама - өткізгіш материалдардың кедергісі деп аталады, Ом. м. Меншікті кедергімен өткізгіш кедергісі арасындағы қатынас (4.2) мұндағы I өткізгіштің ұзындығы, м; S - өткізгіштің көлденең қимасы, мм. Меншікті кедергінің әртүрлі өлшем бірлігінің арасындағы байланыстар: (4.3) Металдардың классикалық теориясы бойынша металл өткізгіштердің меншікті өткізгіштігі (4.4) мұндағы е – электрон заряды; n0 – металл көлемінің бірлігіндегі еркін электрондардың саны; - электронның еркін өту жолының орташа ұзындығы, m – электронның массасы; vt – металл ішіндегі электрондардың жылулық қозғалысының орташа жылдамдығы. 2) металдардың меншікті кедергілерінің температуралық коэффициенті. Металл өткізгіштің ішіндегі еркін электрондардың шоғырлығы температураға тәуелді болмайды. Бірақ, температурасы өсу арқасында еркін өту жолының орташа ұзындығы және электрондардың құндылықтары азаяды, сол себептен металдардың меншікті өткізгіштері де азаяды және меншікті кедергілері өседі, яғни металдардың меншікті кедергілерінің температуралық коэффициенті температураға тәуелділігі былай өрнектеледі (4.5) Температураға өз ауқымда өзгерген жағдайда меншікті кедергіні былай анықтайды (4.6) мұндағы p1 және p2 - өткізгіш материалдардың Т1 және Т2 температуралары кезіндегі сәйкес меншікті өткізгіштері (Т1 Т2 деп алынады); р – материалдардың Т1 – ден Т2- ге дейінгі температуралық ауқымдағы меншікті өткізгіштігінің орташа температуралық коэффициенті. 3) қорытпалардың меншікті кедергісі. Қоспалар және металдардың дұрыс құрылысы олардың меншікті кедергісін арттырады. Екі металл ерітіліп, қорытылса және бір – бірімен қатты ерітінді түзсе, онда меншікті р едәуір өседі. 4.1 – суретте бір – бірімен қатты ерітінді құрған екі металдан құралған ( мыс – никель) қоспаның меншікті кедергісінің, температуралық коэффициентінің, жылулық ЭҚК – сін және жылу өткізгіштік коэффициентінің қоспаның құрамына тәуелділіктері (масса бойынша пайыз есебінде) көрсетілген. Егер де екі металдың қорытпасы жеке – жеке бөлек кристалданса және қатып қалған қорытпаның әрбір сыңарының кристалл қоспасы болса (металдар қатты ерітіндіні құрамаса), онда қорытпаның меншікті өткізгіштігінің () қорытпаның құрамына тәуелділігі сызықты өзгереді (4.2 – суретте). Сурет - Мыс – никель қорытпаларының параметрлерінің олардың құрамына (масса бойынша пайыз есебінде) тәуелділіктері: а – меншікті кедергі р; б – температуралық коэффициент ; в – жылулық ЭҚК; 2 – жылу өткізгіштік коэффициенті т. 4.2 Сурет - Мыс – вольфрам қорытпасының меншікті өткізгіштігінің оның құрамына тәуелділігі 4) металдардың жылу өткізгіштігі. Металл арқылы жылудың берілуіне де еркін электрондар себеп болады. Олардың металл көлемінің бірлігіндегі саны өте үлкен, сол себептен металдардың электр өткізгіштігі жоғары болып келеді. Металдардың жылу өткізгіштік коэффициенті диэлектриктің жылу өткізгіштік коэффициентінен едәуір үлкен болады. Температура өскен кезде металл ішіндегі электрондардың құндылығы және оған сәйкес меншікті өткізгіштігі төмендейді, ал металдың жылу өткізгіштік коэффициентінің оның меншікті өткізгіштігіне қатынасы өседі. Бұл қатынастың шамасы Видеман – Франц – Лоренц заңымен анықталады (4.7) мұндағы Т – термодинамикалық температура, К; L0 – Лоренц заңы (4.8) (4.7) теңдеуін Больцман тұрақтысының мәнін және электрон зарядының мәнін қойып, екендігін анықтауға болады. 5) жылулық электр қозғаушы күш. Екі әртүрлі металл өткізгіш бір – бірімен түйіскенде олардың арасында потенциалдардың айырымы пайда болады. Бұл потенциалдар айырымы болу себебі әр түрлі металдардан электрондар шығу жұмысының әртүрлі болуында және электрондар шоғырлығының әртүрлі металдарда және қорытпаларда бірдей еместігінде. Металдардың электрондық теориясының негізінде А және В металдары арасындағы потенциалдардың түйіспелік айырымы мынаған тең (7.9) мұндағы UA және UB – түйіскен металдардың потенциалдары; n0A n0B металдарындағы электрондардың шоғырлығы. Екі түрлі металдың бір – бірімен қосылған (әдетте балқытып біріктірілген ) ұштарындағы температура Т1, ал екінші ашық ұштарындағы Т2 болса (7.3 сурет) (Термопара сұлбасы), онда бұл тізбек мынаған тең, жылулық ЭҚК пайда болады. (4.10) немесе оны мына түрде жазуға болады (4.11) мұндағы - берілген жұп өткізгіштердің жылулық ЭҚК – тің коэффициенті. Бір – бірімен оқшауланған әр металдардан немесе қоспалардан бір ұшы біріктіріліп құрастырылған екі сымды өткізгіштен құралған құрылғыны (термопараны) температураны өлшеуде қолданылады. 55. жүктеу/скачать 200,64 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|