Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 6 - Phạm Thành Chung

Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 6 - Phạm Thành Chung được biên soạn nhằm giúp các em sinh viên nắm được các nội dung về: Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện; Điện môi đặt trong điện trường không đổi; Điện môi đặt trong điện trường thay đổi; Tổn thất điện môi (Dielectric Loss);... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.

Chương Các q trình điện lý điện mơi Các khái niệm tĩnh điện 1.1 Định luật Coulomb Khi đặt hai điện tích điểm q1 q2 cách khoảng r môi trường có số điện mơi tương đối εr , lực tương tác F chúng có độ lớn: Lực tương tác F nằm đường thẳng nối hai điện tích, mang dấu âm (-) hai điện tích hút mang dấu dương (+) hai điện tích đẩy K số có độ lớn: Với ε0 số điện môi chân không: 113 Chương Các trình điện lý điện môi Các khái niệm tĩnh điện 1.1 Định luật Coulomb Dưới dạng véc tơ, lực tương tác hai điện tích có dạng sau: (véc tơ khoảng cách hai điện tích) hướng tùy thuộc vào điện tích mà chọn làm gốc Đối với hệ có n điện tích điểm, dùng ngun lý xếp chồng ta viết biểu thức tổng hợp lực n-1 điện tích lên điện tích thứ i sau: 114 Chương Các trình điện lý điện môi Các khái niệm tĩnh điện 1.2 Điện trường •Là mơi trường vật chất đặc biệt, tồn xung quanh điện tích tác dụng lực lên điện tích khác đặt •Do vậy, điện trường đặc trưng kiện ta đặt điện tích thử q0 vào điểm đặt mơi trường có điện tích q cách q khoảng r, điện tích thử chịu lực tác dụng đặc trưng định luật Coulom •Cường độ điện trường tạo điện tích q lên đơn vị điện tích thử q0 xác định lực tác dụng trường lên đơn vị điện tích thử q0 : (chú ý điện tích thử q0 coi dương) •Ngun lý xếp chồng áp dụng cho điện trường gây tập hợp vật mang điện lên điện tích thử Do biểu thức cường độ điện trường gây tập hợp vật mang điện lên điện tích thử viết sau 115 Chương Các q trình điện lý điện mơi 116 Chương Các q trình điện lý điện mơi 117 Chương Các trình điện lý điện môi Các khái niệm tĩnh điện 1.3 Điện thế, hiệu điện 118 Chương Các q trình điện lý điện mơi Các khái niệm tĩnh điện 1.3 Điện thế, hiệu điện 119 Chương Các trình điện lý điện môi Các khái niệm tĩnh điện 1.4 Công, lượng 120 Chương Các q trình điện lý điện mơi Ví dụ 1: Một điện tích Q = 10-6C đặt khơng khí: a Xác định cường độ điện trường điểm cách điện tích 30cm b Đặt điện tích chất lỏng có số điện mơi εr = 16 Điểm có cường độ điện trường câu a cách điện tích bao nhiêu? Ví dụ 2: Hai điện tích điểm q1 = 4.10-8C q2 = - 4.10-8C nằm cố định hai điểm AB cách 20 cm chân khơng Tính lực tương tác điện tích? Ví dụ 3:Một điện tích điểm q = (2/3).10−9 C nằm cách sợi dây dài vơ hạn tích điện khoảng r1 = cm , tác dụng điện trường sợi dây gây ra, điện tích dịch chuyển theo hướng đường sức điện trường đến khoảng cách r2 = cm Khi lực điện trường thực cơng A = 50 10−7 J.Tính mật độ điện dài dây? 121 1.5 Thông lượng cường độ điện trường Định nghĩa thông lượng cường độ điện trường qua mặt dS nhỏ đại lượng xác định công thức: Do đó, thơng lượng điện trường qua mặt cầu có bán kính r tích phân tồn thơng lượng xác định cơng thức lên tồn mặt cầu: Tích phân đơn vị diện tích dS tồn mặt cầu diện tích mặt cầu S=4πr2 Do thơng lượng véc tơ điện trường gây điện tích q xác định công thức: 122 Chương Các trình điện lý điện mơi 3.3 Tổn hao điện môi (tgδ) σ0 + χ "(ω) J'(ω) σ0 + ωε χ "(ω) ωε0 = = = tgδ J"(ω) ωε (1 + χ '(ω)) + χ '(ω) Đặt + χ '(ω) = ε r (ω) χ "(ω) =0 tgδ = σ0 ωε0 ε r (ω) Đã biết Tg(δ) góc điện mơi lý tưởng điện môi thực Tg(δ) bé tốt Đo Tg(δ) ≤10-3 (cấp trung áp trở lên) 161 Chương Các trình điện lý điện mơi Tổn thất điện môi (Dielectric Loss) 4.1 Các khái niệm Tổn thất điện môi phần lượng tản điện môi đơn vị thời gian làm cho điện mơi nóng lên có điện trường tác động 162 Chương Các trình điện lý điện môi Tổn thất điện môi (Dielectric Loss) 4.1 Các khái niệm 163 Chương Các trình điện lý điện môi 164 Chương Các trình điện lý điện mơi Quan hệ điện trở điện dung điện mơi Trong đó: εr- số điện môi tương đối ε0-hằng số điện môi chân không Rv- điện trở khối Rs- điện trở mặt ρv- điện trở suất khối ρs- điện trở suất mặt Rcđ- điện trở cách điện S: diện tích bề mặt d: bề dày khối điện môi (xem lại Chương 2, slide 23) 165 Chương Các trình điện lý điện môi 4.2 Các dạng tổn hao điện môi 4.2.1 Tổn thất điện mơi điện dẫn rị 166 Chương Các q trình điện lý điện mơi 4.2 Các dạng tổn hao điện môi 4.2.2 Tổn thất điện môi phân cực 167 Chương Các trình điện lý điện mơi 4.2 Các dạng tổn hao điện mơi 4.2.3 Tổn thất ion hố 168 Chương Các q trình điện lý điện mơi 4.2 Các dạng tổn hao điện môi 4.2.4 Tổn thất điện mơi tính khơng đồng điện mơi 169 Chương Các trình điện lý điện mơi 4.3 Sơ đồ thay tính tốn tổn thất điện môi 4.3.1 Sơ đồ thay đồ thị véc tơ Bất kỳ khối điện môi thay tụ điện mắc nối tiếp song song với điện trở cho thay phải không làm thay đổi chất vật lý trình diễn điện môi Nghĩa công suất tổn thất phải cơng suất thực góc tổn thất δ khơng đổi 170 Chương Các trình điện lý điện mơi 4.3 Sơ đồ thay tính tốn tổn thất điện môi 4.3.2 Cách xác định tổn thất điện mơi 171 Chương Các q trình điện lý điện môi 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện mơi Trong thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tổn thất điện mơi, có bốn yếu tố quan trọng nhất, là: Nhiệt độ, tần số điện trường, độ ẩm khơng khí, giá trị điện áp 4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tổn thất điện mơi 172 Chương Các q trình điện lý điện môi 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện môi 4.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới tổn thất điện môi 173 Chương Các q trình điện lý điện mơi 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện môi 4.4.2 Ảnh hưởng tần số điện trường tới tổn thất điện mơi 174 Chương Các q trình điện lý điện môi 4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất điện môi 4.4.3 Ảnh hưởng độ ẩm khơng khí 4.4.4 Ảnh hưởng điện áp tới tổn thất điện môi 175 ... giáp: Đặc trưng cho vật liệu có nhiều thành phần Đặt E, điện tích thành phần dịch chuyển bị tắc (dồn ứ) khu vực tiếp giáp vật liệu hình thành nên lưỡng cực lớp tiếp giáp 133 Chương Các q trình... thuyết công nghệ đại liên quan đến vật liệu điện môi tiến hành điện trường thay đổi Trong ngành kỹ thuật điện rõ ràng ứng dụng vật liệu điện mơi hay nói hẹp lại vật liệu cách điện liên quan đến việc... đ.môi gây Thành phần 3: J (t) = σ0 E - Dịng điện điện tích tự gây Thành phần & thành phần ∈ thời gian Tồn thời gian ngắn Đáp ứng thời gian dài Tại t=0: thành phần = Khi t tăng- >thành phần 2-> 0 thời