irolktromos anyagok vizsgálata A mérés célja: Mgismrttni a hallgatókat a pirolktromos illtv frrolktromos anyagok lgfontosabb tulajdonságaival, zk mérési módszrivl és a pirolktromos ffktus gyakorlati alkalmazásával a pirolktromos dtktor példáján. Ennk érdkébn : - összfoglaljuk a frrolktromos anyagokra vonatkozó lgfontosabb ismrtkt, - flvsszük gy frrolktromos anyag hisztrézisgörbéjénk, a rmanns polarizációnak és a korcitív térnk a hőmérsékltfüggését, és mghatározzuk az anyag Curihőmérsékltét, - mghatározzuk az anyag pirolktromos gyütthatójának hőmérsékltfüggését, - mgvizsgálunk gy infravörös sugárzás érzéklésér alkalmas pirolktromos dtktort. 1. Elmélti összfoglaló A dilktrikumok gyik jllgzts tulajdonsága, hogy lktromos tér hatására polarizálódnak, ami a bnnük a tér által létrhozott, illtv a tér nélkül is mglévő dipólusok rndződésénk kövtkzmény. A dipólusok orintációjának mértékét az anyag polarizálódását - jllmzhtjük a p i molkuláris dipólusmomntum vktorok összgévl, vagyis az anyag tljs dipólusmomntumával ( T ): T = p i (1) i ahol az i indx az gys molkuláris dipólusokat jlöli. Ez a mnnyiség azonban lokális jllmzésr nm Alkalmas, zért a polarizációt inkább a térfogatgység dipólusmomntumával szokás jllmzni: = d T/ dv (2) Ahol d T a dv térfogat tljs dipólusmomntuma. Az így dfiniált vktormnnyiség az lktromos polarizáció, vagy polarizáció vktor. A polarizáció gyik kövtkzmény az, hogy az anyag blsjébn létrjött dipólusok saját lktromos tr is mgjlnik, így ott az lktromos térrősség a külső lktromos tér és a dipólusok lokális trénk rdőj lsz. Egy másik fontos kövtkzmény az, hogy a polarizált anyag határflültén lktromos töltésk jlnnk mg. Mint kimutatható, gy u N normálisú, A nagyságú flültlmn (1a. ábra) ahol a polarizáció, a polarizációs töltés nagyságát ( Q ) az alábbi összfüggés adja mg: Q = A u N (3) Ennk mgfllőn, gy drékszögű hasáb alakú mintán, amlybn a polarizáció vktor homogén, és mrőlgs az gyik szmbn lévő lappárra (1b. ábra), az zn a két lapon mgjlnő polarizációs töltésk nagysága (Q ) Q =A. (4) 1.a ábra Q u n A + + + + + + 1.1 irolktromos anyagok, pirolktromos ffktus Az anyagban lktromos polarizációt (illtv polarizáció-változás többfél hatás okozhat. (részltsbbn l. a izolktromos állandók mérés c. laboratóriumi sgédltbn), vannak azonban olyan anyagok, amlykbn külső hatás nélkül is kialakulhat nullától különböző polarizáció. Az így létrjött polarizációt spontán polarizációnak ( S ), a spontán polarizációval rndlkző anyagokat pdig pirolktromos anyagoknak nvzik. Anélkül, hogy a részltkb blmnnénk, mgjgyzzük, hogy a spontán polarizáció kialakulásának nrgtikai okai vannak: az anyag ilyn módon kdvzőbb nrgtikai állapotba krül a polarizálatlanhoz képst. Kristályokban spontán polarizáció csak a kristályszrkzt által maghatározott irányban (vagy irányokban) jöht létr, az ilyn irányt (irányoka a kristály poláris tnglyénk (tnglyink) nvzik. 1.b ábra 1
A pirolktromos anyag spontán polarizációját lvilg a flültén lhlyzkdő polarizációs töltésk mérés útján a (3) illtv (4) gynlt alapján határozhatjuk mg. A töltésk például úgy lnnénk mérhtők, hogy a két llnkző lőjlű töltést tartalmazó flültn lktródokat hlyzünk l, és mérjük az összkötésük után folyó áramot. Ez a közvtln módszr azonban nm alkalmazható, mrt a polarizált dilktrikum flültén a polarizációs töltésk általában közvtlnül nm figylhtők mg. Ennk oka az, hogy az anyag blsjéből, vagy a környző közgből (pl. lvgő) kompnzáló töltésk áramlanak a flültkr, és ign rövid idő alatt smlgsítik a polarizációs töltéskt (2a ábra). A polarizáció változása azonban mghatározható, hiszn z a flülti töltésk mnnyiségénk változásával jár, ami a 2b. ábrán látható módon a külső áramkörbn áramot létsít, még milőtt gyéb töltéskigynlítő ffktusok számottvő hatást fjthtnénk ki. Az ilynkor folyó polarizációs ára (4) alapján: Q I = = A. (5) Eszrint az áram mérésévl a polarizáció változásának sbsség (5) alapján mghatározható. A pirolktromos anyagok a nvükt arról a jllgzts tulajdonságukról kapták, hogy spontán polarizációjuk függ a hőmérséklttől, és zért hőmérsékltváltozás hatására flültükön lktromos töltés jlnik mg. Ez a jlnség a pirolktromos ffktus. A hőmérsékltváltozás ( Θ) által (állandó mchanikai fszültség és állandó külső lktromos tér stén) okozott spontán polarizáció-járulék i-dik komponns a γ Θ (6) Si = i gynlttl adható mg (i=1, 2, 3), ahol γ i a pirolktromos állandó-vktor i-dik komponns. Mivl a mérés során gytln polarizációs iránnyal rndlkző anyagot vizsgálunk, a (6) gynltt indx nélküli alakban is használhatjuk az alábbiak szrint: 3 iránynak a szokásoknak mgfllőn a spontán polarizáció irányát választjuk, így γ 1 = γ 2 = 0, zért bvztv a γ 3 = γ, és a S 3 = R S jlölést, a pirolktromos ffktus által okozott polarizáció-járulékra a S = γ Θ (7) összfüggést kapjuk. A pirolktromos ffktus kísérltilg úgy vizsgálható, hogy a pirolktromos anyagból mgfllő módon kivágott mintát a 2. ábrán látható áramkörb kapcsoljuk, és változtatjuk a hőmérsékltét. Ekkor a (7) gynltnk mgfllőn változik a minta polarizációja, ami a külső körbn (5) alapján az Θ I = γ A (8) polarizációs áramot okoz. (Ezt az áramot - rdtér utalva gyakran piroáramnak nvzik.) Ha thát ismrjük a minta hőmérséklténk időbli változását, akkor a piroáram mérésévl (8)- ból a pirolktromos gyüttható mghatározható. Mérésink során az gyik lgismrtbb pirolktromos kristályt a triglicinszulfátot (TGS) vizsgáljuk, d gyakran használt pirolktromos anyag a bárium titanát (Ba TiO 3 ) és a lítium niobát (LiNbO 3 ) is. Eznkívül használnak pirolktromos krámiákat (zk porrátört pirolktromos kristályból présléssl és kiégtéssl készült anyagok), sőt az utóbbi időbn pirolktromos polimr fóliákat is készítnk. 1.2 Frrolktromos anyagok, frrolktromos hisztrézis A kristályos pirolktromos anyagok gy részébn a spontán polarizáció iránya külső lktromos térrl mgváltoztatható. Ha a polarizációnak csak gy lhtségs iránya van, akkor z azt jlnti, hogy a polarizáció vktor llnkző irányúvá thtő, több polarizációs irány stén pdig a lhtségs irányok bármlyikéb bforgatható. Az ilyn változtatható irányú spontán polarizációval rndlkző pirolktromos anyagokat frrolktromos anyagoknak nvzik. Ha gy frrolktromos anyagból készült makroszkopikus minta polarizációját mgvizsgáljuk, akkor azt találjuk, hogy abban a spontán polarizáció iránya rndszrint csak kisbb tartományokban az ún. doménkbn azonos. Ennk az az oka, hogy azonos irányú spontán polarizáció túlságosan nagy lktrosztatikus nrgiát rdményzn, zért különböző irányba polarizált doménk jönnk létr, és zk - az lktrosztatikus nrgia csökkntés érdkébn - úgy rndződnk, hogy a minta rdő polarizációja kicsi (rndszrint nullához közli értékű) lgyn. Ennk a kövtkzmény például az, hogy gy ilyn rndztln doménkt tartalmazó frrolktromos anyag a kis rdő polarizáció miatt csak ign gyng pirolktromos ffktust mutat. Mgfllő rősségű lktromos 2
térrl azonban a frrolktromos anyagban a doménk polarizációja gy irányba rndzhtő, és z az állapot annak llnér, hogy nrgtikailag nm kdvző hosszú időn át fnnmaradhat. Az így kapott polarizált frrolktromos anyag már rndszrint jlntős pirolktromos ffktust mutat. A doménk lktromos térrl történő rndzés során a minta polarizációja sajátos, a frrolktromos anyagokra jllmző módon változik: a polarizációnak az lktromos trétől való függését gy jllgzts zárt hurok, az ú.n. frrolktromos hisztrézis görb (vagy hisztrézis hurok) adja mg. Egy ilyn jllgzts hisztrézis hurok látható a 3. ábrán. Az rdtilg polarizálatlan mintát (O pon lktromos térb hlyzv, a doménk a térrősség növlésévl fokozatosan a tér irányába polarizálódnak át ( a szokásos kifjzéssl: a tér irányába fordulnak ), így az rdő polarizáció növkszik (OA szakasz). Amikor már az összs domén a tér irányába fordult, a polarizáció nm nő tovább (AB szakasz). Ha bbn az ú.n. tlítési állapotban a térrősségt csökkntjük, akkor a doménk rndztt állapota lénygébn mgmarad, zért a polarizáció csak kis mértékbn csökkn (BC szakasz), és nulla térrősségnél (C pon is jlntős, ú.n. maradék (rmanns) polarizációt ( R ) találunk. Ez a frrolktromos anyag fontos jllmzőj. Ellnkző irányú térrl a polarizáció nullára csökknthtő (CD szakasz), az hhz szükségs lktromos térrősség az anyag gy másik jllmzőj, amlyt korcitív térnk (E C ) nvznk. Az llnkző irányú tér növlésévl llnkző irányú tlítési polarizáció (DEF szakasz), majd E=0-nál (G pon llnkző irányú rmanns polarizáció jlnik mg. A tér rdti irányban való növlés a polarizációt lőbb nullára csökknti (GH szakasz), majd újra tlítésbn viszi (HAB szakasz), amivl a hisztrézis hurok zárul és újabb hasonló ciklus önmagát ismétli. A frrolktromos állapot gyikjllgztsség, hogy csak gy bizonyos, az anyagtól függő Θ C hőmérséklt, az ú.n. Curi-hőmérséklt (vagy Curi-pon alatt áll fnn. Ennk oka az, hogy túl magas hőmérsékltn a molkuláris dipólusok rndztt állapota a hőmozgás miatt nm tud kialakulni. Az anyag hőmérsékltét a Curi-pont fölé mlv, az anyag spontán polarizációja ltűnik, a hisztrézis hurok által bzárt trült nullára csökkn. (gyúttal nulla lsz a rmanns polarizáció és a korcitív tér), s 3 Curi-ponton történő áthaladás során az anyag számos fizikai tulajdonsága (pl. dilktromos állandó, fajhő, pirolktromos állandó) drasztikus változáson mgy át. Az anyagnak zt az állapotát paralktromos állapotnak nvzik. Ha az anyag hőmérsékltét a Curi-pont alá csökkntjük, akkor ismét frrolktromossá válik. (A kristály vislkdésénk a Curi-hőmérsékltn bkövtkző változása a kristály szrkztébn bkövtkző átalakulással (fázisátalakulással) függ össz.) A 4. ábrán a frrolktromos anyagok polarizációjának ( R ), pirolktromos állandójának (γ) és dilktromos állandójának (κ) jllgzts hőmérsékltfüggését mutatja b a Curi-hőmérséklt közlébn. A lgismrtbb frrolktromos anyagok gyik a laboratóriumunkban vizsgálandó TGS, d ilyn kristályos anyag például a káliumdihidrogén-foszfát (KH 2 O 4 ; szokásos rövidítéssl: KD), a bárium-titanát, a lítium-tantalát és a lítium-niobát is. Előállíthatók frrolktromos krámiák is, sőt gys folyadékkristályok (rndztt láncmolkulákat tartalmazó folyadékok) is frrolktromosak. 2. Az lvégzndő vizsgálatok és a mérőbrndzésk A laboratóriumban mgmérjük TGS kristályok hisztrézisénk, rmanns polarizációjának, korcitív trénk és pirolktromos állandójának hőmérsékltfüggését, majd mgvizsgálunk gy pirolktromos dtktort 2.1 Frrolktromos anyagok vizsgálata A frrolktromos anyagok kutatása mind tudományos, mind pdig gyakorlati szmpontból ign fontos. A tudományos vizsgálatokat az indokolja, hogy különlgs és érdks anyagfajtáról van szó, gyakorlati szmpontból pdig azért fontosak zk az anyagok, mrt különböző szközökbn (pl. a sugárzás és hőmérsékltmérésr használt pirodtktorokban) flhasználják őkt. 2.1.1 A mérőkészülék A laboratóriumban gy számítógéppl vzérlt mérőbrndzéssl vizsgáljuk a frrolktromos anyagok néhány jllgzts tulajdonságát. A brndzés alkalmas a
frrolktromos hisztrézis (gybn a rmanns polarizáció és a korcitív tér) vizsgálatára, a Curi-hőmérséklt, a pirolktromos gyüttható, a dilktromos állandó és az lktromos vztőképsség mérésér. A mérés során csak a hisztrézis vizsgálatával, a Curi-hőmérséklt mérésévl és a pirolktromos gyüttható mghatározásával foglakozunk. A számítógép gyrészt vzérli a mérési folyamatot (fűtést szabályoz, lktromos fszültségt, áramot ad a mérndő mintára), másrészt a mérőműszrkkl a mért mnnyiségkt összgyűjti, tárolja és kiértékli. A mérési összállítás működését bmutató blokkdiagram az 5. ábrán látható. A mérőgység tartalmazza a méréshz szükségs lktronikai lmkt, a minta rögzítéséhz szükségs mchanikát és a fűtőrndszrt, amlylyl a minta hőmérséklt a kívánt módon szabályozható. 2.1.2 Frrolktromos hisztrézis vizsgálata A hisztrézisgörb, vagyis a polarizáció () lktromos térrősség (E) összfüggésénk flvétl az alábbi lrndzésbn történik (6. ábra) U C d C M minta Mérő kondnzátor U * U M 6. ábra C IN OUT ADC DAC 5. ábra A számítógép a mérőgységgl két jlátalakító sgítségévl tartja a kapcsolatot. A vzérlést gy digitál-analóg átalakító, a mért adatok bgyűjtését analóg-digitál átalakító végzi. Az ábrán jlölt mnnyiségk az alábbiak: T K : a minta hőmérsékltévl arányos jl I : a mintán krsztül folyó áram U : a mintán mérhtő fszültség U M1 : a mintával sorbakapcsolt C M mérőkapacitás fszültség U M2 : a mintával sorbakapcsolt R M llnállás fszültség U f : a fűtést szabályozó fszültség U : a mintára kapcsolható nagyfszültségű jl I 0 : a mintára kapcsolható áram. T K I U U M1 U M2 U f U I o Mérőgység A mintát tartalmazó C d kondnzátorból és a C M mérőkondnzátorból álló rndszrr a számítógép U fszültségt kapcsol és ( mgfllő műszrk közvtítésévl) méri a mintán mgjlnő U * U M1 fszültségt. Bbizonyítható, hogy és a mérőkondnzátoron mgjlnő * C M > C d stén U U ~ E, vagyis U ~ E, másrészt a kondnzátor töltésir érvénys, hogy Q = C U = Q, vagyis U M ~ M M M d ~ A mérés úgy történik, hogy a számítógéppl szabályozott U fszültség sgítségévl a mintán a térrősségt linárisan változtatjuk a mgfllőn választott E... + E 0 0 értékk között, és mérjük a polarizációval arányos U M1 -t. A mért adatokból a számítógép mghatározza -t és E- t, majd ábrázolja összfüggésükt ( a hisztrézisgörbét a képrnyőn ábrázolja, gyúttal mghatározza a rmanns polarizációt és a korcitív trt is. 1 2.1.3 A pirolktromos gyüttható mérés A pirolktromos gyüttható közvttt úton a hisztrézisgörb vizsgálatával, a spontán (rmanns) polarizáció hőmérsékltfüggéséből kapható mg. A mérés a γ pirogyüttható γ = S T dfiníciós gynltn alapul. 4
A másik ú.n. dirkt módszrnél az T I = γ A összfüggést használjuk (T a hőmérséklt, t az idő, A a minta flül. Ha a mérndő mintát állandó sbsséggl fűtjük, vagy hűtjük ( T = állandó), akkor I mérésévl γ mghatározható, hiszn a két érték csak gy állandó faktorban különbözik gymástól. Ha a fűtési sbsség nm állandó, akkor a számítás kicsit bonyolultabb, d számítógép sgítségévl z a fladat is mgoldható (ilynkor a T hányados pillanatnyi értékit kll mghatározni). 2.1.4 Mérési fladatok Mivl a mérőkészülék jlnlg átalakítás alatt van, a mérőprogram mgismrés és a régbbn lvégztt mérési adatok kiértéklését lsz a fladat. 2.1.4.1 Nézz végig a mérőprogram funkcióit, ismrkdjn mg a mérési paramétrk bállításának lhtőségivl és a bgyűjtött adatok kiértéklésévl, mgjlnítésévl! 2.1.4.2 A hiszt40, hiszt42, hiszt44, hiszt45, hiszt46, hiszt47, hiszt48 fájlokat bolvasva (program: hisztrézismérés, load), a hisztrézishurkokból olvassa l a spontán polarizáció és a korcitív tér értékkt! (Ezk az ábrákon rlatív gységkbn szrplnk. A fájlnvkbn szrplő számok a minta hőmérsékltét jlntik, o C-ban.) 2.1.4.3 A lolvasott adatokra illsszn lgalább harmadfokú polinomot. Ábrázolja a spontán polarizációt és a korcitív trt a hőmérséklt függvényébn! A polinom driválásával állítsa lő a k γ (T ) függvényt (k csupán gy arányossági tényző)! -2.1.4.4 Olvassa b a gamma nvű fájlt (program: gamma, load)! A gamma függvény T C hőmérséklt alatti szakaszáról olvasson l 5 értékt! A pontokra illsszn gy polinomot, mlynk fokszáma mggyzik a 2.1.4.3 pontban lőállított k γ (T ) fokszámával! 2.1.4.5 Vizsgálja mg a 2.1.4.3 pontban és a 2.1.4.4 pontban kapott függvényk hasonlóságát! 5 2.2 irolktromos dtktor vizsgálata 2.2.1 Elmélti összfoglaló Az lktromágnss sugárzás dtktálására szolgáló szközök gyik csoportját a trmikus dtktorok alkotják. Ezknk az szközöknk a hőmérséklt az lnylt sugárzás hatására mgváltozik, z pdig valamilyn fizikai tulajdonság mgváltozását okozza, ami lktromos jllé alakítva mérhtővé válik. A pirolktromos anyagból a 7. ábrának mgfllő kis síkkondnzátor szrű mintát készítnk (szokásos mért: 1*1*0,05 mm 3 ). A dtktor hőmérsékltváltozását a homloklapon lhlyztt abszorbns rétgbn lnylődő változó (priodikusan váltakozó) lktromágnss sugárzás (tipikusan 1µm - 100µm hullámhossztartományba ső közps és távoli infravörös sugárzás) okozza. A hőmérsékltváltozás a spontán polarizáció változásán krsztül a flülti töltéssűrűség mgváltozását okozza az lktródákkal llátott, a polarizációs irányra mrőlgs flültkn. Elktródák Abszorbns rétg A pirolktromos ffktus lénygéből kövtkzik, hogy gy pirolktromos dtktor csak akkor ad folyamatosan lktromos jlt, ha a hőmérséklt folyamatosan változik. Viszont állandó sugárzási tljsítmény mlltt gy bizonyos hőmérsékltn a dtktor trmikus gynsúlyban van környztévl, vagyis nincs lktromos jl. Állandó sugárzás stén (pl. állandó R t irolktromos anyag F( 7. ábra
hőmérsékltű tst hőmérséklti sugárzásának, vagyis hőmérséklténk méréskor) a dtktorra jutó sugárzást mg kll szaggatni. Ez lggyszrűbbn gy kis motorra szrlt szgmntált tárcsa (choppr) alkalmazásával történht olyan módon, hogy a tárcsa lapjainak a sugárútba fordulásakor a dtktorra a lapát sugárzása, a kivágott szabad rész sugárútba fordulásakor pdig a vizsgált sugárzás jut a dtktorra. A két sugárzás különböző mértékbn mlgíti a dtktort, vagyis a folyamatos hűlés-mlgdés, azaz a folyamatos lktromos jl ilyn módon lőáll. A lapát hőmérsékltét rfrnciának tkintv (z viszonylag gyszrűn mgmérhtő) a kapott lktromos jl a bjövő sugárzási tljsítménynyl arányos. Az ddigikből kövtkzik, hogy a pirolktromos dtktor gy összttt hőtani és lktromos rndszrt alkot. A pirolktromos dtktor jóságát (érzéknységé alapvtőn mghatározza a hőtani trvzés. A fő szmpont, hogy a dtktorra jutó sugárzási tljsítmény lhtő lgnagyobb rész mlgíts a dtktor anyagát és minimális lgyn a környztnk átadott hő. Ezért a homloklktródára olyan abszorbns rétgt kll lhlyzni, ami jól lnyli a dtktálni kívánt lktromágnss hullámokat. A dtktorlapkát úgy kll rögzítni és az lktromos lvztéskt kialakítani, hogy a hőlvztésk csak minimális vsztségt okozzak. A pirolktromos dtktort lktromos szmpontból a 8. ábrán látható hlyttsítő képpl lht lírni. U d C d R d R t C t 8. ábra A trhlő llnálláson kltkző fszültség, amit a dtktor válaszjlénk nvznk, a kövtkző: t R C t R C = γ F( ρ ε c A dt, ahol: γ: pirolktromos gyüttható ε: a pirolktromos anyag abszolút 6 dilktromos állandója ρ: a pirolktromos anyag sűrűség c: a pirolktromos anyag fajhőj A: a dtktor flült R d : a dtktor llnállása R t : a trhlő llnállás R = R d R t C d : a dtktor kapacitása C t : a trhlő kapacitás C = C d C t F(: a sugárzás tljsítményénk időfüggés. Az gynlt különböző időtartományokra és grjsztéskr számított mgoldásai a dtktor válaszjlénk jllmzőir adnak flvilágosítást. a: t < RC és F( állandó, akkor γ t = F( ρ ε c A b: t > RC és F( állandó, akkor γ R = F( ρ a c c: ha a bjövő sugárzás tljsítmény szinuszosan változik, akkor γ R = F(. 2 2 2 a ρ c 1+ ω R C A gyakorlatban a dtktorokat a válaszjl és a grjsztés hányadosával, az érzéknységgl jllmzik: γ R V r( ω) = 2 2 2. a ρ c 1+ ω R C W A fnti gynlt alapján a trvzéshz szükségs kövtkző mgállapításokat thtjük: - Mivl a dtktor llnállása ign nagy (~10 12 Ω) a trhlő llnállás növlésévl az érzéknység növlhtő. - Ha a grjsztés körfrkvnciája kicsi, a válaszjl függtln ω-tól: γ R r( ω) = a ρ c - lég nagy körfrkvncián az érzéknység fordítottan arányos ω-val: γ r ( ω) = ρ A ε c ω - Nagyobb érzéknység érhtő l, nagy pirolktromos állandójú, kis sűrűségű, kis fajhőjű anyag flhasználásával. Alacsony körfrkvncián a dilktromos állandó érték közömbös, magasabb tartományokban a kis ε érték kdvzőbb.
- Kisfrkvnciás alkalmazásokhoz a dtktort a lhtő lgvékonyabbra kll ké- szítni, nagyfrkvnciás flhasználásra a minimális flültű dtktor optimális. A pirolktromos dtktor vizsgálatára a 10. ábrán látható mérési összállítást alkalmazzuk. A sugárforrás gy lktromosan mlgíttt (lgfljbb 100 o C-ig) és szabályozott, 0.98 miszsziós tényzőjű flült. Ennk sugárzását gy gynáramú motorra szrlt propllr (choppr) priodikus jllé alakítja. A motor fordulatszáma a mghajtó fszültséggl változtatható. Az árnyékoló csőbn lvő dtktor flrősíttt jl tároló oszcilloszkópon mint fszültség-idő függvény jlnik mg. Az rősítőt gynáramú tápgység táplálja. 2.2.2 A pirolktromos dtktor flhasználása A fkt tst sugárzására vonatkozó lancktörvény a sugárzás intnzitásának hőmérséklt és hullámhossz szrinti loszlását adja mg. (Erről részltsn a Hőmérséklti sugárzás vizsgálat c. mérés anyagában olvashatnak.) A függvény mntét néhány hőmérsékltr a 9. ábra mutatja. A 0 K-nél mlgbb tstk által kibocsátott hőmérséklti sugárzás intnzitásának hullámhossz szrinti loszlása a tst hőmérsékltér jllmző, az összs kisugárzott nrgia pdig arányos a tst hőmérsékltévl. A kisugárzott nrgia mérésévl thát a sugárzó tst tljsítményér vagy hőmérsékltér lht kövtkzttni. Az érintésmnts hőmérsékltmérés alkalmával a tst flülténk missziós tényzőjét és a tst és mérőműszr közötti közg transzmiszsziós tényzőjét is ismrni kll. A pirolktromos dtktor flhasználásával készíttt műszrk a kövtkző trültkn alkalmazhatók: - érintés nélküli hőmérsékltmérés (optikai piromtria) - tstk flülti hőmérséklt-loszlásának mghatározása (infravízió, infravörös kamra) -lktromágnss sugárzás tljsítményénk mérés széls (láthatótól a mikrohullámokig) tartományban - infravörös mozgásérzéklés (vagyonvédlm). 2.2.3 Mérési összállítás 2.2.4 Mérési fladatok -A dtktort érő szobahőmérsékltű sugárzás kézzl történő kitakarásával vizsgáljuk mg a tranzins vislkdést gyors és lassú változásokra is. Rajzoljuk l a jlalakokat! -Állandó hőmérsékltű, 40 o C hőmérsékltű sugárforrás mlltt a szaggatási frkvncia változtatásával (0.2 Hz-100 Hz) vgyük fl a kimnőfszültség-frkvncia karaktrisztikát. A jl nagyságának a csúcstól-csúcsig értékt tkintsük. A jl frkvnciáját frkvnciamérővl mérjük, illtv amikor a jl nagysága már kisbb, mint a frkvnciamérő érzéknység, akkor az oszcilloszkópon lolvasható priódusidőből számítsuk ki. Ábrázoljuk az u ki (f)-t logaritmikus léptékbn. o -Végzzük l az lőző fladatot 60 C és 80 o C hőmérsékltn is! Vizsgáljuk mg, hogy érvénysül- a Stfan- Boltzmann törvény! Irodalom S u g á r z ó Hőmérsékltszabályzó F( Choppr 10. ábra D t k t o r Budó Ágoston: Kísérlti fizika II. Oszcilloszkóp 7