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電滯回線

在較強的交變電場作用下,鐵電體的極化強度P隨外電場呈非線性變化,而且在一定的溫度範圍內,P表現為電場E的雙值函數,呈現出滯後現象,這個P—E(或D—E)回線就稱為電滯回線。

目錄

科技名詞定義

實驗目的

實驗原理

實驗內容、方法

科技名詞定義

中文名稱:電滯回線英文名稱:electrichysteresisloop

定義:在電場強度周期性變化時,表示物質電滯的閉合極化曲線。

應用學科:電力(一級學科);通論(二級學科

實驗目的

通過對鐵電材料BaTiO3電滯回線的測試,了解鐵電材料物理特性及其在器件中的應用。

實驗原理

某些晶體在一定溫度範圍內具有自發極化,並具有自發極化的方向,因外電場方向的反向而反向。晶體的這種性質稱為鐵電性,具有鐵電性的晶體成為鐵電體,鐵電體的重要特性之一是具有電滯回線

電滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要依據,並且通過電滯回線的測量,可以測定鐵電體的剩餘極化強度Pr,自發極化強度Ps,以及矯頑場Ec等參數。[1]

電滯回線表明鐵電體的極化強度ρ與外加電場E之間呈非線性關係,並且自發極化可隨外電場方向反向而反向,回線所包圍的面積就是極化強度反轉2次所需要的能量。

電滯回線的產生是由於鐵電晶體中存在鐵電疇。鐵電體的自發極化強度並非整個晶體為同一方向,而是包括各個不同方向的自發極化區域。由許多晶胞組成的。具有相同自發極化方向的小區域叫做鐵電疇,鐵電體未加電場時,由於自發極化取向的任意性和熱運動的影響,宏觀上不呈現極化現象。當加上外電場時,沿電場方向的電疇由於新疇核的形成和疇壁的運動,起體積迅速擴大,而逆電場方向的電疇體積則減小或消失,即逆電場方向的電疇轉化為順電場方向。

鐵電體中除了由於自發極化轉向過程所產生的極化以外,還存在着線性感應極化;此外,鐵電體的電導常常也很大。如果樣品兩端加上正弦交變電壓:,則樣品兩端的電荷將由以下三個部分組成:

(1)自發極化轉向過程所提供的電荷。

(2)感應極化過程所提供的電荷。

(3)漏電導等損耗所提供的電荷。

研究電滯回線的目的,主要在於考察與自發極化轉向過程有關的各種現象。

實驗上所得到的回線形狀與下列幾個因素有關:如樣品的尺寸、溫度、濕度,晶體的質地,樣品原先的熱和電的經歷,以及交變電場的頻率等。實際的晶體不是非常完美的,因此很難得到比較理想的矩形回線,即使是比較好的晶體,其電滯回線的拐角處也總是被稍微變圓。對於大多數鐵電陶瓷來說,因自發極化反轉比較緩慢,因而具有圓弧形的電滯回線。

回線圈成區域的面積正比於損耗能量,這部分能量在樣品內被轉化為熱量,為此,電滯回線的觀測通常是在低頻下進行的,如50Hz或者更低。 在一定的外加電場下,電滯回線會呈現飽和,這是鐵電晶體的一個顯著特點。而且,也只有飽和的電滯回線才是鐵電性的一個真正可靠的判據。    實驗內容、方法

主要通過計算機操作,調整測試鐵電材料電滯回線極化電壓等各參數,繪製電滯回線,並從回線上得出剩餘極化強度Pr,自發極化強度Ps,以及矯頑場Ec等參數。

參考資料