Laboratorium Fizyki I			Ćwiczenie nr: 32
						Data: 8.03.06
Wydział: WIP	Grupa: A-23	Zespół: 5
						Punktacja:	Przygotowanie:
Nazwisko i imię: Dmitriew Adam
									Sprawozdanie:
			Temat ćwiczenia: Wyznaczanie modułu piezoelektrycznego metodą statyczną
									Suma punktów:
Prowadzący:

Cel ćwiczenia:

• Wyznaczenie stałej balistycznej galwanometru przy pomocy woltomierza i kondensatora

• Wyznaczenie modułu piezoelektrycznego d w zjawisku piezoelektrycznym prostym

• Wyznaczanie modułów piezoelektrycznych d33 i d31 w odwrotnym zjawisku piezoelektrycznym.

Część obliczeniowa

1. Wyznaczanie stałej balistycznej galwanometru

Przed przystąpieniem do wykonywania danego doświadczenia, podłączamy układ pomiarowy, składający się z zasilacza, woltomierza, kondensatora oraz galwanometru.

Całość przedstawia poniższy schemat:

Następnie dokonujemy wyzerowania galwanometru, poprzez obrót pokrętła zerowania. Po wyzerowaniu galwanometru dokonujemy pomiarów.

Zmieniając napięcie U za pomocą woltomierza napięcia stałego, dokonujemy odczytu wychylenia skali galwanometru w zależności od przyłożonego napięcia. Znając pojemność naszego kondensatora C = 5000 pF, korzystamy ze wzoru Q = C x U= 5 ×10^-9×U w celu obliczenia ładunku zgromadzonego na okładkach. Wszystkie wyniki zapisujemy do tabeli nr 1

L.P.	Napięcie [V]	Ładunek [C]	Wychylenie [dz]
1	2	10 x 10^-9	1
2	3	15 x 10^-9	1,6
3	4	20 x 10^-9	2,2
4	5	25 x 10^-9	2,7
5	6	30 x 10^-9	3,4
6	7	35 x 10^-9	3,9
7	8	40 x 10^-9	4,4
8	9	45 x 10^-9	5,1
9	10	50 x 10^-9	5,7

Mając wyznaczony ładunek i wychylenie galwanometru, możemy wyznaczyć stałą balistyczną galwanometru b za pomocą metody najmniejszej sumy kwadratów.

Stała balistyczna galwanometru wyniosła więc b= 8,5876 x 10^-9 w kulombach na działkę.

2. Pomiar modułu piezoelektrycznego d w zjawisku piezoelektrycznym prostym

W tym ćwiczeniu dokonujemy badania właściwości piezoelektryka przedstawionego na poniższym schemacie:

Do zacisków okładek piezoelektrycznych podłączamy galwanometr. Po podłączeniu galwanometru, dokonujemy jego wyzerowania za pomocą pokrętła zerowania.

Po takich czynnościach możemy dokonywać pomiarów. Dokonujemy serii pomiarów dla różnych obciążeń obciążnika głównego. Przy każdym kolejnym pomiarze dokładamy kolejny odważnik o masie m= 500 ±1 g. Przy każdym kolejnym pomiarze odczytujemy maksymalne wychylenie plamki galwanometru przy wachnięciu w prawo (ruch raczki z położenia dolnego w górne), oraz maksymalne wychylenie plamki galwanometru w strone lewa (ruch raczki z położenia górnego w dolne). Siłę nacisku F wyliczamy ze wzoru:

F= (F1 x X2)/ X1 , gdzie X1 = 0,1 [m] X2 = 1,1 [m], a siłę F1 wyliczamy ze wzoru:

F1 = masa ciężarków x przyśpieszenie ziemskie, gdzie przyśpieszenie ziemskie g = 9,80665 m/s². Ładunek q jaki zostanie wytworzony przez piezoelektryk, wyliczamy ze wzoru: Q = b x działka, gdzie b- stała balistyczna galwanometru wyliczona w poprzednim podpunkcie. Wszystkie wartości wpisujemy do tabelki 2.

L.P.	Masa obciążnika m[kg]	Siła nacisku F [N]	Wychylenie [dz]		Ładunek q [C]
1	0,5	53,94	0,7	0,7	0,00000000601132
2	1	107,87	1,4	1,5	0,00000001202264
3	1,5	161,81	2,3	2,4	0,00000001975148
4	2	215,75	3,3	3,4	0,00000002833908
5	2,5	269,68	4,2	4,3	0,00000003606792
6	3	323,62	5,6	5,5	0,00000004809056

3. Wyznaczanie modułów piezoelektrycznych d33 oraz d31 w odwrotnym zjawisku piezoelektrycznym.

Pomiar ten rozpoczynamy od przyjęcia położenia zerowego dylatometru. Następnie zaczynamy przykładać napięcie, które z czasem zwiększamy. W wyniku zwiększania napięcia, piezoelektryk zmniejszał swoją długość o odpowiedni przyrost Δx. Przy zmniejszaniu napięcia, piezoelektryk zwiększał swoją długość. Wyznaczając charakterystyki wydłużenia dla spadku i wzrostu napięcia, zauważamy że wartości na wykresach nie pokrywają się.

Wartość modułu d33 obliczamy ze wzoru : Δx= (d33xx0xγxU3)/z0, natomiast moduł d31 obliczamy z zależności d31 = d33xγ. z0 = 1,5 mm, x0 = 110 mm, γ = 0,33

Obliczone wartości dla wzrostu i spadku napięć są przedstawione poniżej.

Wzrost napięcia
L.P	U [kV]		Δx [µm]		d33		d31
1	0		0
2	0,5		3		12,59		4,15
3	1		6,5		13,64		4,5
4	1,5		10,5		14,69		4,85
5	2		12,5		13,11		4,33
6	2,5		12,5		10,49		3,46
Spadek napięcia
L.P		U [kV]		Δx [µm]		D33		d31
1		2,5		12,5		8,52		2,81
2		2		12,5		10,65		3,52
3		1,5		12,5		14,2		4,69
4		1		9,5		16,19		5,34
5		0,5		5,5		18,75		6,19
6		0		0,5

Wzrostֹnapięcia

Spadek napięcia

Wnioski:

Po wykonaniu powyższych doświadczeń, dochodzimy do wniosku iż:

- Materiały piezoelektryczne będące pod wpływem działającej na nie przyłożonej siły nacisku, wytwarzają ładunek elektryczny proporcjonalny do wielkości przyłożonej siły

- Działając na piezoelektryk odpowiednim napięciem prądu, możemy wywołać jego skracanie, bądź też wydłużanie,. Wartość polaryzacji decyduje o tym czy dany piezoelektryk się wydłuży, czy też skróci.

- Charakterystyki zmiany długości piezoelektryka zarówno dla wzrostu jak i spadku napięć, nie pokrywają się.

---