Estudio Del Ciclo De Histéresis De Un Material Ferroeléctrico Y Su Evolución Con La Temperatura En Los Alrededores De La Transición De Fase

MASTER EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE NUEVOS MATERIALES |
PRÁCTICA 1
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“Estudio del ciclo de histéresis de un material ferroeléctrico y su evolución con la temperatura en los alrededores de la transición de fase” |

NORA GALAVÍS RODRÍGUEZ
30/05/2011
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PRÁCTICA 1

Contenido
Introducción 2
Método de trabajo 3
Resultados obtenidos y análisis 4
A. Dibujar E(t)y P(t) para variasTemperaturas: 4
A.1 Resultados para la muestra Nº 1: TGS puro 4
A.2 Resultados para la muestra Nº2: TGS + 5% Alanina 5
B. Dibujar el ciclo de histéresis para varias temperaturas alrededor de la transición 6
B.1 Resultados para la muestra Nº 1: TGS puro 6
B.2 Resultados para la muestra Nº2: TGS + 5% Alanina 6
C. De cada ciclo de histéresis evalúe Pr y Ec y represéntelos frente a latemperatura 7
C.1 Resultados para la muestra Nº 1: TGS puro 7
C.2 Resultados para la muestra Nº2: TGS + 5% Alanina 9
D. Comprobar si la dependencia de P con T cumple la Teoría de Landau 10

Introducción

En los medios dieléctricos lineales, que son los más abundantes y estudiados, la polarización es directamente proporcional al campo eléctrico aplicado:
P=ε0·χ·E
Donde:
P es lapolarización
E es el campo eléctrico
ε0 es la permitividad eléctrica del vacío
χ es la susceptibilidad dieléctrica del material, que no depende del campo aplicado.
De la propia expresión se deduce que cuando E es nulo, también lo es P.
Al contrario de los medios lineales, los no lineales pueden tener una polarización diferente de cero, aunque el campo E sea nulo. Este es el caso de losferroeléctricos, que presentan una dependencia de P respecto a E que tiene la forma de ciclo de histéresis (figura 1); formalmente semejante a  la dependencia entre la magnetización, M, y el campo magnético aplicado, B, que se observa en los materiales ferromagnéticos.
En la figura 1, la situación en la que, a campo aplicado nulo, tenemos polarización no nula (llamada polarización remanente, Pr)correspondería a los dos puntos de corte del ciclo de histéresis con el eje de  ordenadas. El valor de Pr da  idea de "la altura" del ciclo de histéresis, mientras que el parámetro que informa de "la anchura" del ciclo, es el campo coercitivo, Ec, que no es otra cosa que el campo que hay que aplicar para tener el dieléctrico despolarizado. Gráficamente Ec corresponde a los dos puntos en los que el ciclocorta al eje de abscisas.

Otra característica muy notoria de estos materiales es la fuerte dependencia de la polarización con la temperatura, T. Se observa que cuando ésta se incrementa la polarización remanente disminuye (figura 2).  Pero cuando T supera un cierto valor TC (temperatura de Curie) el campo remanente es nulo, y el dieléctrico pasa a ser lineal.
Método de trabajo
Seleccionamos 2muestras con las siguientes características:
Número | Composición | Espesor (mm) | Superficie (mm2) |
1 | TGS puro | 1.5 | 60 |
2 | TGS + 5% Alanina | 2 | 26.96 |

Resultados obtenidos y análisis
A. Dibujar E(t)y P(t) para varias Temperaturas:
A.1 Resultados para la muestra Nº 1: TGS puro

Grafica 1: Evolución de E(t) con la Temperatura

Grafica 2: Evolución de P(t) con laTemperatura
En las graficas 1 y 2 podemos observar que el campo aplicado permanece constante durante todo el experimento y que la polarización varía con la temperatura pasando de valores máximos a T = 34ºC hasta tomar valores mínimos a la temperatura del cambio de fase (T = 49ºC). Una vez alcanzada esta temperatura la polarización permanece constante (zona paraeléctrica).

A.2 Resultados para la muestraNº2: TGS + 5% Alanina

Grafica 3: Evolución de E(t) con la Temperatura

Grafica 4: Evolución de P(t) con la Temperatura
En las graficas 3 y 4, al igual que en las anteriores podemos observar que el campo aplicado permanece constante durante todo el experimento y que la polarización varía con la temperatura pasando de valores máximos a T = 32ºC hasta tomar valores mínimos a la temperatura...