1 ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU ĐIỆN 2 1 Những hiện tượng gì xảy ra trong điện môi khi đặt vào trong điện trường? Hãy phân tích những hiện tượng đó? 2 Hãy nếu đặc điểm điện dẫn điện môi khí? Hãy phân tích những đ.
ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU ĐIỆN 1 Những tượng xảy điện mơi đặt vào điện trường? Hãy phân tích tượng đó? Hãy đặc điểm điện dẫn điện mơi khí? Hãy phân tích đặc điểm đó? Hãy đặc điểm điện dẫn ion điện môi lỏng? Hãy phân tích đặc điểm đó? Hãy đặc điểm điện dẫn điện di điện môi lỏng? Hãy phân tích đặc điểm đó? Hãy đặc điểm điện dẫn mặt điện mơi rắn? Hãy phân tích đặc điểm đó? Hằng số điện mơi gì? Hãy nêu tương quan số điện mơi cường độ phân cực? Có loại phân cực điện mơi? Hãy phân tích loại phân cực đó? Hãy nêu giống khác số điện mơi chất khí lỏng trung tính? Hãy nêu giống khác số điện mơi chất khí lỏng cực tính? 10 Hãy phân tích số điện mơi rắn trung tính cực tính? 11 Hãy phân tích số điện mơi điện mơi xéc nhét thủy tinh vơ cơ? 12 Có tổn hao điện mơi? Hãy phân tích tổn hao điện mơi đó? 13 Tổn hao điện mơi sơ đồ thay thế nào? Trình bày yếu tố ảnh hưởng đến tổn hao điện môi? 14 Hãy trình bày tổn hao điện mơi khí, lỏng rắn? 15 Hãy trình bày phóng điện điện mơi khí? 16 Hãy trình bày phóng điện vầng quang điện đường dây tải điện? 17 Hãy trình bày phóng điện điện mơi lỏng? 18 Hãy trình bày phóng điện điện mơi rắn? 19 Trình bày tính hút ẩm điện mơi? 20 Hãy trình bày tính chất học điện mơi? 21 Hãy trình bày tính chất nhiệt điện mơi? 22 Hãy trình bày phân tích vật liệu cách điện thể khí, lỏng rắn? 23 Hãy trình bày đặc điểm yêu cầu sứ cách điện đường dây? 24 Hãy phân tích đặc điểm vật liệu xéc nhét điện, áp điện electrét 25 Phân tích vật liệu có điện dẫn cao? 26 Phân tích đặc điểm tính điện dẫn bán dẫn? 27 Có ảnh hưởng đến điện dẫn chất bán dẫn? phân tích ảnh hưởng đó? Câu : tượng xảy điện mơi dặt điện trường vào nêu tượng • Những tượng xảy điện môi đặt vào điện trường + đặt điện môi vào điện trường E , điện môi chịu tác dụng dường độ điện trường tùy theo dạng cddt thời gian tác dụng điện trường mà điện môi xảy tượng với đặc điểm khác đồng thời yếu tố môi trường nhiệt độ độ ẩm áp xuất ….cũng ảnh hưởng đến trình xảy điện mơi tác dụng điện trường trường điện mơi xảy tượng: Hiện tượng dẫn điện tượng phân cực điện mơi Q trình đặc trưng chủ yếu điện môi phân cực điện môi có điện trường bên ngồi tác động Phân cực dịch chuyển có giới hạn cac diện tích liên kết hay định hướng phân tử lưỡng cực tác động điện trường Trong q trình phân cực tạo nên dịng phân cực Do dòng điện dẫn phân cực mà phần lượng bị tiêu hao tỏa dạng nhiệt làm điện mơi nóng lên Phần lượng tiêu hao tổn hao điện mơi, duựa vào trị số điện mơi ngta đánh giá trị số vật liêu điện môi Mỗi số điện môi với chiều dày định chịu điện áp giới hạn định điện áp cao trị số giới hạn xáy tượng phong diện làm hỏng điện môi Độ bền điện vật liệu khả chịu đc áp xuất không bị phá hủy Độ bền điện đặc trưng trị số cddt đánh thủng (Eđt = 𝑈đ𝑡 ℎ kV/mm) Câu nêu tượng chất dẫn điên điệm mơi khí , phân tích đặc điểm Điện mơi khí ln tồn q trình ion hóa tự nhiên điều kiện mơi trường khơng thay đổi số lượng điện tích tự định Chất khí có mật độ phân tử bé , khoảng cách phân tử khí lớn nhiều so với bán kính chúng , lực tương tác phân tử khí nhỏ Trong chất khí ln tồn điện tích tự điện tử, ion dương ion âm Những điện tích tạo nên q trình ion hóa kết hợp tự nhiên Ion hóa q trình phân ly phân tử trung hòa thành điện tử ion dương Số lượng điện tích xuất ion hóa tự nhiên nhỏ Chính điện dẫn điện mơi khí có trị số bé hầu hết chất khí điều kiên mơi trường điện mơi tốt Mối quan hệ dòng điện điện áp Từ biểu thức thấy rõ ràng mật độ dòng điện trường hợp khơng phụ thuộc điện áp Dịng điện gọi dịng điện bão hịa (j = n2 q) Vùng : đoạn đầu đường cong , điện áp tăng từ đén Ua tương ứng với miền đinh luật ôm , chất khí xem số lượng ion âm dương không đổi điện áp đặt điện cực tăng cường độ điện trường (E=U/S) tăng lên lực điện trường tác dụng lên điện tích tăng , mật độ dòng điện tăng dòng điện tăng tuyến tính với điện áp theo định luật ơm Vùng : ứng với khu vực điện trường có dịng bão hòa điện áp tăng cao , cddt đủ lớn tốc độ chuyển động điện tích lớn , ion chưa kịp tái hợp bị kéo đến điên cực trung hòa Nhưng số lượng điện tích sinh ion hóa tự nhiên khơng đổi dòng điện đạt bảo hòa , điện áp tăng lên k làm cho dòng điện tăng ứng với đoạn nằng ngang đồ thị Vùng 3:ứng với khu vực có cường độ điện trường mạnh khu vực dòng điện bắt đầu tăng nhanh không tuân theo định luật ôm, lúc điện mơi bị đánh thủng dịng plazma dịng điện tăng theo hàm mũ Câu nêu tượng chất dẫn điên ion điện môi lỏng, phân tích đặc điểm Khác với điện mơi khí , điện mơi lỏng điện tích tự xuất khơng ion hóa tự nhiên mà cịn q trình phân ly phân tử thân chất lỏng tạp chất Điện môi lỏng cực tính có điên dẫn suất cao điện mơi trung tính số điện mơi tăng điện dẫn suất tăng lên điện mơi lỏng cực tính có điện dẫn cao tới mức xem chúng khơng phải điện môi mà vật điện ion Nhận xét: điện mơi lỏng cực tính dẫn điện cao điện mơi lỏng trung tính Điển dẫn điện mơi lỏng gồm điện dẫn điện mơi điện dẫn điện mơi tạp chất Nước dạng tạp chất phổ biến phổ biến điện môi lỏng Điện môi lỏng – nước tồn loại : ➢ Nước tan ➢ Nước huyền phu ➢ Nước dư Trong thực tế phạm vi nhiệt độ thay đổi không lớn mối quan hệ điện dẫn suất điện môi lỏng với nhiệt độ thường biểu diễn công thức : y = y0 𝑒 ∝𝑡 Trong y0 – điện dẫn điện mơi lỏng đo nhiệt độ bình thường(20 độ c) ∝ - hệ số mũ chất lỏng cho ; t – nhiệt độ đo (đo độ c) Khi nhiệt độ khơng thay đổi tích số độ nhớt trị số độ nhớt điện môi có trị số khơng đổi biết thành phần ta tính thành phần cịn lại y= 𝑛0 𝑞2 𝐿𝑛 Ta thấy độ nhớt điện môi lỏng giảm nhiệt độ tăng , điện dẫn điên môi lỏng tăng lên Đối với chất lỏng cực tính thi tích n.y khơng có biến đổi nhiệt độ khác Nhưng đầu máy biến áp , độ dẫn điện xác định chuyển dộng ion tạp chất mức độ phân ly tăng theo nhiệt độ tích n.y tăng theo nhiệt độ Câu nêu tượng chất dẫn điên di điện môi lỏng, phân tích đặc điểm Điện dẫn điện di cịn gọi điện dẫn molion tạo nên chuyển động có hướng phần tử mang điện tích tác dụng điện trường bên ngồi Trong điện môi lỏng thường chứa tạp chất bụi bẩn , cát sợi khơng khí có q trình chuyển động nhiệt tạp chất ma sát với phần tử điện môi lỏng chúng tự nhiễm điện Đối với điên mơi cực tính dẫn điện tốt Nếu hs điện môi tạp chất lớn hs điện mơi chất lỏng ( e tc< e dm) tạp chất bị nhiễm điện tích dương(+).Nếu hs điện mơi tạp chất nhỏ hs điện môi chất lỏng ( e tc> e dm) tạp chất bị nhiễm điện tích âm(-) Dưới tác dụng điện trường khối điện tích âm dương tạp chất chuyển động ; khối điện tích dương cực âm, khối điện tích âm cực dương , chúng tạo nên dòng điện dẫn di.Thực chất dòng điện chuyển động khối mang điện tích tác dụng điện trường Ở điện áp xoay chiều hiệu ứng xuất có thay đổi có hướng chuyển động liên tục , tạc chất chuyển động theo tần số điện áp Tên chất lỏng benzen Thầu dầu Rượu etilic Nước cất Đặc điểm cấu tạo Trung tính Cực tính yếu Cực tính mạnh Cực tính mạnh Hs điện mơi E 2,2 4,6 33 82 Câu 5nêu tượng chất dẫn điên điện mơi rắn, phân tích đặc điểm Điện mơi rắn có nhiều loại , chúng đa dạng cấu trúc , hóa học , nguồn gốc mức độ lẫn tạp chất bụi bẩn … điện dẫn điện môi rắn phức tạp Điện dẫn điện môi rắn tạo nên dịch chuyển ion tap chấp tác dụng điện trường.Ở số vật liệu dẫn điện chúng chuyển động điện tử tự Để đánh giá chất lượng điện môi người ta thường xác định điiện dẫn khối (Yv) hay điện trở ϒsuất (Pv) Điện dẫn suất điện mơi rắn điện mơi T biểu diễn : Trong Km – độ linh hoạt giới hạn ion Wcd – lượng chuyển dịch ion Nhận xét : + điện dẫn khối điện môi rắn phụ thuộc vào nhiệt độ xác đinh cấu tạo thành phần vật liệu + điện dẫn mặt thường gây nên bề mặt bề mặt bị ẩm có tạp chất +điện mơi trung tính cực tính yếu khơng bị thấm nước : pararafin, hỗ phách, lưu huỳnh… +điện môi cực tính bị thấm ướt : gốm… Nhận xét : +đối với điện mơi khơng hịa tan nước có điện trở suất bề mặt cao phụ thuộc vào độ ẩm mơi trường xung quanh(điện mơi trung tính cực tính yếu ) +đối với điện mơi cực tính có điện trở suất cao bề mặt khơng bị bẩn Điện mơi rắn có cấu tạo xốp – cấu tạo vật liệu xốp nên có điện dẫn xuất lớn Kết luận điện dẫn xuất mặt phụ thuộc vào độ ẩm bề mặt điện mơi có chất hút ẩm phân li thành ion câu Hằng số điện mơi gì? Hãy nêu tương quan số điện môi cường độ phân cực? Hằng số điện môi đại lượng đánh giá khả tích điện điện môi Là tỉ lệ điện tức tụ điện điện môi chân không , với điện môi tụ điện điện môi đặt điện trường tương quan số điện môi cường độ phân cực p để xây dựng tương quan hs điện môi cường độ phân cực p ta dựa vào pt maxcxoen : D – vecto cảm ứng điện ; E – cường độ điện trường bên điện áp gây nên hai điện cực.Khi hai điện cực song song với 𝑈 cách khoảng S E = 𝑆 [kV/cm] ta có véc tơ cường độ phân cực P có chiều với chiều điện trường bên Về trị số cường độ phân cực P phụ thuộc vào số điện mơi ϵ cường độ điện trường ngồi E mặt khác ta có cơng thức mối quan hệ ϵ P sau: Công thức nghiên độ phân cực Câu Có loại phân cực điện mơi? Hãy phân tích loại phân cực đó? Có loại phân cực điện môi phân cực điện tử nhanh – phân cực ion nhanh - phân cực lưỡng cực chậm phân cực điện tử chậm – phân cực ion chậm- phân cực kết cấu – phân cực tự phát +) phân cực điện tử nhanh Đn: loại phân cực chuyển dịch đàn hồi biến dạng lớp điện tử phần tử tác dụng điện trường bên Phân cực điện tử nhanh tồn tất loại điện môi không liên quan tới tổn hao lượng Sơ đồ thay điện môi biểu diễn điện dung kí hiệu Cenh Hệ số phân cực điện tử nhanh αenh phụ thuộc vào bán kính phần tử R0 đăc tính ct sau : Nhận xét: bán kính phân tử tăng hệ số phân cực điện tử nhanh αenh lớn +) phân cực ion nhanh Phân cực loại đặc trưng cho điện mơi có cấu tạo ion xác định dịch chuyển đàn hồi ion liên kết tác dụng điện trường bên Hệ số phân cực xác đinh công thức sau: Trong a kc ion âm ion dương cddt E=0 Nhận xét: nhiệt độ tăng điện mơi có dãn nở nhiệt , khoảng cách ion tăng lên lực liên kết ion giảm phân cực ion tăng lên Loại phân cực k sinh tổn hao điện môi , nên sơ đồ thay điện môi tụ với điện dung Cinh +)phân cực lưỡng cực chậm Loại phân cực xảy điện mơi cực tính phân tử điện mơi phần tử cực tính với moomem điện mi , phân tử cực tính trạng thái chuyển động nhiệt Sơ đồ thay điện môi biểu diễn tụ điện (Clc) mắc nối tiếp với điện trở Rlc: Trong điện mơi cực tính : bị phân cực có xếp lại diện tích làm cho cường độ điện trường bên điện mơi có trị số khác với cường độ điện trường bên Hệ số phân cực lưỡng cực αLC phụ thuộc vào momen 𝑚02 lưỡng cực phần tử cực tính (m0) phụ thuộc vào nhiệt độ αLC = 3𝐾𝑇 Trong m0 – moomen lưỡng cực trung bình ; K số ; T nhiệt độ +) phân cực điện tử chậm Là loại phân cực xuất điện tử khuyết tất thừa lỗ trống kích kích nhiệt điện mơi có chứa khuyết tật số điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ bà vài điểm cực đại chí nhiệt độ âm Phân cực điện tử chậm có sinh tổn hao điện môi , nên sơ đồ thay biểu diễn điện dung Cech điện trở Rech mắc nt với nhau: +)phân cực kết cấu 10 Là phân cực xảy chất rắn có cấu tạo khơng dồng độ khơng đồng có tính chất vĩ mơ hay có tạp chất Phân cực kết cấu thể tần số thấp kèm theo phân tán lượng đáng kể +)phân cực tự phát Là dạng phân cực đặc biệt tồn điện môi xét nhét điện môi có từ tính mà quan hệ điện tích Q điện áp U có đường cong từ trễ Do phân cực lại vùng doomen theo chiều điện trường nên loại phân cực tự phát cần phải có thời gian lượng Chinh phân cực tự phát sinh tổn hao điện môi lớn 11 Hãy nêu giống khác số điện mơi chất khí lỏng trung tính? Hằng số điện mơi Chất khí trung tính Chất lỏng trung tính + phân cực điện tử nhanh + Nên dựa vào phương trình Giống Claudiut- moxotchi để tính số điện mơi αenh viết là: + số điện mơi trung tính xấp xỉ bình phương hệ số khúc xạ ánh sáng +mật độ phân tử khí nhỏ -khoảng cách phân tử khí lớn Khác + hệ số phân cưc α = αenh số điện môi phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ 𝑃 N=𝐾𝑇 Nhận xét: điện mơi khí cịn bị ảnh hưởng độ ẩm khí nhiệt độ cao +Hằng số điện mơi chất lỏng trung tính khơng lớn (khoảng từ 2%2,5) +hằng số điện môi phụ thuộc vào nhiệt độ không phụ thuộc vào áp suất +Để đánh giá phụ thuộc điện mơi lỏng trung tính phụ thuộc vào hệ số nhiệt TKϵ +vẽ hình trang 54 Với sức nóng nhiệt độ cản trở dịch chuyển điện tích -> ϵ giảm +vẽ hình trang 54 12 Hãy nêu giống khác số điện mơi chất khí lỏng cực tính? Hằng số điện mơi Chất khí cực tính Giống Chất lỏng cực tính + tồn nhân cực điện tử nhanh phân cực lưỡng cực Theo phương trình clodiut-moxotchi để tính số điện mơi cực tính Khác Theo phương trình clodiutTheo phương trình clodiut-moxotchi để moxotchi để tính số điện mơi cực tính tính số điện mơi cực tính m moment lưỡng cực điện mơi khí cực tính tồn phân cực điện tử nhanh ε= 𝑣 m moment lưỡng cực k số bozama T nhiệt độ Nhận xét + số điện môi ti lệ nghịch với nhiệt độ thơng qua hệ số nhiệt Vẽ hình 3.9 trang 57 ∆𝜀 Nhận xét : nhiệt độ lớn (Tk 𝜀)=𝜀 ∆𝑇 số điện môi giảm nhiệt độ +Chất lỏng cực tính có hệ số tăng khả định hướng điện mơi lớn momen lưỡng lưỡng cực giảm hs điện môi giảm cực lớn mật độ cao đến trị số 𝑣 + hsdm chất lỏng phụ thuộc Chép ct 3.37 (trang 57) từ “như vào nhiệt độ đến trạng thái khí” +nếu ts lớn hs điện mơi nhỏ Vẽ hình 3.11 trang 61 chép từ “ theo hình vẽ “ đên “diện dẫn cao “ 13 câu 10 Hãy phân tích số điện mơi rắn trung tính cực tính? Hằng số điện mơi rắn trung tính Trong điện mơi rắn trung tính tồn phân cực điện tử nhanh (α= αenh )vì số điện mơi xấp xỉ bình phương hệ số khúc xạ ánh sáng: ϵ=𝑣 Để tính số điện mơi rắn trung tính ta sử dụng phương trình claudiut – mxotchi: Nhận xét ϵ trung tính phụ thuộc vào nhiệt độ thể qua hệ số nhiệt TKϵ Hằng số điện mơi trung tính ln ln có giá trị âm (TKϵ