điện môi

Chương VIII Đi N MÔI I.Sự phân cực chất n môi Hi n tượng phân cực n môi Theo vật lý cổ điển, n môi mơi trường chất khơng có n tích tự do, tác dụng n trường n tích bên dịch chuyển khoảng cách nhỏ vào cở kích thước ngun tử Do tính dẫn n n mơi coi chất không dẫn n Khi đặt khối n môi đồng chất đẳng hướng BC vào n trường ngồi mặt giới hạn n môi xuất hi n n tích trái dấu Hiện tượng gọi tượng phân cực điện môi Mặt đường sức n trường vào tích n âm, mặt cịn lại tích n dương Nếu n mơi khơng đồng chất đẳng hướng lịng n môi xuất hi n n tích Hiện tượng gọi tượng phân cực điện môi + _ _ _ _ _ + + + + + Hi n tượng phân cực n mơi bề ngồi giống hi n tượng n hưởng vật dẫn kim loại, song chất, hai hi n tượng hoàn toàn khác Trong hi n tượng phân cực n môi, ta tách riêng n tích để cịn loại n tích; n mơi n tích đâu định xứ đó, khơng dịch chuyển tự được; chúng gọi điện tích liên kết Các n tích liên kết gây n trường phụ E' Đi n trường tổng hợp n môi là: E  E0  E ' E0 n trường tạo nên phân cực khối n mơi 2.Giải thích hi n tượng phân cực n môi Mỗi phân tử ( hay nguyên tử ) gồm hạt nhân mang n tích dương electron mang n tích âm chuyển động nhanh xung quanh hạt nhân Khi xét khoảng cách lớn so với kích thước phân tử ta coi tác dụng electron phân tử tương đương với tác dụng n tích tổng cộng –q chúng đặt điểm phân tử Điểm gọi “trọng tâm “của n tích âm Tương tự hạt nhân ta có “trọng tâm” n tích dương * Phân tử khơng phân cực phân tử có phân bố electron đối xứng xung quanh hạt nhân Vì chưa đặt n trường ngồi trọng tâm n tích âm dương trùng nhau, phân tử lưỡng cực n, mơmen n không Khi đặt phân tử không phân cực vào n trường ngoài,các trọng tâm n âm dương dịch chuyển ngược chiều nhau, phân tử trở thành lưỡng cực n có momen n khác không Người ta chứng minh được: pe   0 E 0 số n, α gọi độ phân cực phân tử Vì khoảng cách trọng tâm n tích dương âm phân tử trường hợp phụ thuộc n trường tổng hợp nên lưỡng cực xuất hi n gọi lưỡng cực đàn hồi Sự phân cực gọi phân cực điện tử * Phân tử phân cực loại phân tử có phân bố electron khơng đối xứng xung quanh hạt nhân Vì chưa đặt n trường ngồi, trọng tâm n tích âm dương không trùng nên phân tử lưỡng cực n có mơmen n khác khơng Đi n trường ngồi khơng ảnh hưởng đến độ lớn mômen n nên lưỡng cực gọi lưỡng cực cứng Tác dụng chủ yếu n trường phân tử loại là làm quay định hướng lưỡng cực n theo chiều song song với n trường Sự phân cực gọi phân cực định hướng Tuy mômen n phân tử khác không chuyển động nhi t nên chúng xếp hỗn loạn nên hi n tượng phân cực n mơi khơng xảy ra.Chính xếp có định hướng lưỡng cực n phân tử đặt n trường ngồi làm xuất hi n n tích trái dấu bề mặt khối n mơi (hình vẽ) E0 o o - + + + + + + Khi chưa đặt n Khi đặt n trường ngoai trường IV Điều ki n biên: Ta vẽ mặt trụ chiều cao vô bé gần mặt phân cách hai hai chất n môi Áp dụng định lý Gauss  Dd S   D 2n dS2 D2 ∆S S  D1n S   D2 n  D1n   E2 n  1E1n D1 S d S1 * Thành phần pháp tuyến vectơ cảm ứng n biến thiên liên tục qua mặt phân cách hai lớp n môi * Thành phần pháp tuyến vectơ cường độ n trường biến thiên không liên tục qua mặt phân cách hai lớp n môi Ta vẽ đường cong kín ABCDA gần mặt phân cách hai chất n môi Ta có:  Ed s   E2t s  E1t s  E1 ABCDA D2t D1t  E2t  E1t    1 E2 A B D C * Thành phần tiếp tuyến vectơ cảm ứng n biến thiên không liên tục qua mặt phân cách hai lớp n môi * Thành phần tiếp tuyến vectơ cường độ n trường biến thiên liên tục qua mặt phân cách hai lớp n môi Câu 1: Cho tụ n hình vẽ NLĐT tụ n phẳng: -q +q A W1 = W2 S/2 B ε1W1 = ε2W2 S/2 C ε2 W1 = ε1W2 D (ε2 – 1)W1 = (ε1 – 1) W2 CĐĐT tụ n phẳng A E1 = E2 B ε1 E1 = ε2 E2 C ε1 E2 = ε2 E1 D (ε1 – 1)E2 = (ε2 – 1) E2 Độ cảm ứng n tụ n phẳng A D1 = D2 B ε1D1 = ε2D2 C ε1 D2 = ε2 D1 D (ε2 – )D1 = (ε1 – 1)E1 • Giải a) b) 1 2 W1   o1 E1   o1 E1t ; 2 1 2 W2   o E2   o E2t 2 W1 1 E1t  E2t    1W1   2W2 W2  E1  E1t ; E2  E2t E1t  E2t  E1  E2 c) 1 D1t  2 D2t  1 D1  2 D2   D1  1D2 Câu 2: Cho tụ n hình vẽ Hi u n bề mặt trái bề mặt phải tụ n phẳng A U1 = U2 B ε1 U1 = ε2 U2 C ε1 U2 = ε2 U1 D Tất sai Năng lượng n trường trái phải tụ n phẳng: +q -q A W1 = W2 S S B ε1W1 = ε2W2 d/2 d/2 C ε2 W1 = ε1W2 D (ε2 – 1)W1 = (ε1 – 1) W2 CĐĐT trái phải tụ n phẳng A E1 = E2 B ε1 E1 = ε2 E2 C ε1 E2 = ε2 E1 D (ε1 – 1)E2 = (ε2 – 1) E2 • Giải a) d d U1  E1n ;U  E2 n 2 U1 E1n  D1n      U E2 n 1 D2 n 1  1U1   2U b) 1 2 W1   o1 E1n ;W2   o E2 n 2 2 W1 1 E1n  D1n    2 W2  E2 n 1 D2 n D1n  D1n  1W1   2W2 • c) D1n  D1n  1E1n   E2 n E1  E1n ; E2  E2 n  1E1   E2 • Cho hai mặt phẳng kim loại song song tích n đều, cách đoạn D, có mật độ n mặt σA σB Hằng số n môi lớp n môi có bề dày d chúng ε Xác định hi u n hai mặt d • Ta có: U  E0 ( D  d )  E.d  A  B E0  2 E0  A   B E   2 0  A  B  A  B d U  (D  d )  2 2 0  A  B d (D  d  )   2 • Có hai mặt phẳng song song vô hạn mang n trái dấu, mật độ n mặt +σ –σ Người ta lấp đầy hai mặt phẳng lớp thuỷ tinh dày 3mm (ε = 7) Hi u n hai mặt phẳng 1000V Xác định mật độ liên kết mặt chất n môi  lk  P.n  P    E U 5   (  1)  1, 77.10 C / m d • Khoảng khơng gian hai tụ n phẳng lấp đầy hai lớp n mơi có bề dày số n môi d1 , d2 ε1 , ε2 Tụ n tích n đến hi u n U Tìm cường độ n trường E1 , E2 lớp n môi n trường E0 khe hở tụ lớp n môi E1  1 E0 ; E2  2 E0  d1 d  U  E1d1  E2 d  E0     1   U 1  E0  d1  d 21 U2 U 1 E1  ; E2  d1  d 21 d1  d 21