Đang tải... (xem toàn văn)
Dæåïi taïc duûng cuía âiãûn aïp âàût vaìo, trong baín thán váût ràõn seî coï doìng caïc haût mang âiãûn di chuyãøn taûo nãn doìng roì chaûy trong khäúi âiãûn mäi âoï. Khi cho doìng âiãû[r]
(1)Chỉång 6
TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI I Khái Niệm Chung
1.1 Bản chất vật lý dẫn điện vật chất:
-Định nghĩa dịng điện: chuyển dịch có hướng điện tích tác dụng điện trường
-Thiết lập cơng thức để tính mật độ dòng điện vật chất:
giả thuyết: xét đơn vị thể tích vật chất có mật độ điện tích n điện tích mõi hạt q => tổng điện tích đơn vị thể tích n.q
*khi chưa đặt điện trường vào vật liệu: điện tích dịch chuyển hỗn loạn tác dụng nhiệt với vận tốc Vt
*Khi đặt vào vật chất cường độ điện trường vng góc với mặt khối vật chất:khi hạt chịu tác dụng lực Fr =q.Ernên điện tích dịch chuyển với vận tốc V
*Như đặt vào điện trường E hạt điện tích dịch chuyển với vận tốc Ve Theo định nghĩa mật độ dịng điện ta có:
J= n.q.Ve
Như vậy: chất dẫn điện vật chất dịch chuyển hạt mang điện điện trường Muốn có dẫn điện vật chất phải có điện tích tự phải có điện trường
tạc dủng vo
1.2 Các loại dịng điện điện mơi:
-Thí nghiệm đo dịng điện điện mơi:
1.2.1 Sơ đồ thí nghiệm:
1.2.2 Tiến hành thí nghiệm:
Đóng khố K vào vị trí A, điện kế G1 cho ta vẽ dịng điện đường số Đóng khố K vào vị trí B, điện kế G2 cho ta vẽ dòng điện đường số
A
G2
G1 K
B E
1
2 i
i
t icd
iht
(2)1.2.3 Phân tích kết thí nghiệm:
Phân tích dịng 1: dịng có dạng giảm dần từ giá trị lớn đến giá trị xác lập Như ta phân tích dòng gồm thành phần: thành phần tắt dần theo thời gian thành phần không đổi theo thời gian
1.2.3.1 Thành phần tắt dần theo thời gian: đặt điện mơi vào điện trường điện mơi xảy phân cực dòng phân cực tắt dần theo thời gian Như thành phần dịng phân cực
cọ hai loải dng phán cỉûc:
Dịng chuyển dịch(Icd): dòng tượng phân cực nhanh gây nên ( dịch chuyển điện tích phân tử , ngun tử) Dịng khơng gây nên tổn thất tắt nhanh theo thời gian
Dòng hấp thụ (Iht): dòng điện tượng phân cực chậm gây nên Dòng gây nên tổn thất điện môi vắtt dần theo thời gian chậm so với dòng chuyển dịch
Như dòng phân cực tổng hai dòng Ipc= Icd + Iht
Sau thời gian phân cực dịng khơng Ở điện áp chiều Ipc tồn lúc đóng nguồn vào cịn điện áp xoay chiều tồn suốt thời gian tồn điện áp
1.2.3.2 Thành phần không đổi theo thời gian: Thành phần điện tích tự có sẵn điện mơi, tác dụng điện trường điện tích dịch chuyển Dịng điện tích khơng đổi theo thời gian gọi dịng rò Dòng tồn suốt thời gian tồn điện trường gây nên tổn thất điện môi
Như tổng dịng diện điện mơi I=Ir + Ipc đường hình vẽ Khi phân cực kết thúc I=Ir
Khi làm việc lâu dài tác dụng điện áp thời gian dài , dịng điện chạy qua điện mơi tăng giảm theo thời gian , tuỳ theo cấu tạo điện mơi Nếu dịng điện tăng dần theo thời gian điện mơi phá huỷ dần tính chất cách điện
1.3 Điện trở cách điện điện môi : ( Rcđ)
- Điện trở cách điện Rcđ đại lượng đặc trưng cho khả cách điện vật liệu Rcđ xác định tỷ số điện áp đặt vào khối điện mơi dịng rị qua khối điện mơi
Rcâ =
ì
ro
I U
Do dịng chạy qua khối điện mơi I = Irị +Ipc => Rcđ =
∑ − ipc i
u =
ro
i u
Dòng rò khơng xác định xác đuợc khơng thể tách riêng dòng rò dòng chuyển dịch tuợng phân cực điện mơi Vì , để xác định Rcđ , ta xác định điện trở điện mơi ứng với dịng điện đo sau phút :
R’câ = '
I U
Với U : điện áp đặt lên điện môi , I’ dòng điện đo sau phút R’
(3)Điện dẫn điện môi đại lượng đặc trưng cho khả cho dòng rò qua xác định nghịch đảo điện trở cách điện
U R
1 roì
câ câ
I
G = =
Đối với vật liệu cách điện rắn có loại điện dẫn: điện dẫn khối Gv
cđ điện dẫn mặt G s
câ
Do âoï, Gcâ = G v
câ + G s
câ
1.4 Điện trở suất điện dẫn suất: 1.4.1 Điện trở suất :
* Điện trở suất khối: điện trở khối lập phương có cạnh cm dịng điện chạy qua mặt đối diện khối ρv(Ω.cm)
- Để xác định điện trở suất khối điện môi phẳng, ta xác định sau:
h S Rv
v =
ρ (Ω.cm)
Trong : Rv điện trở khối điện mơi đo Ω
S diện tích mặt điện cực (cm2)
h : bề dày khối điện môi (cm)
* Điện trở suất mặt: điện trở hình vơng cạnh cm tách cách tưởng tượng bề mặt khối điện môi dịng điện chạy qua mặt đối diện hình vng ρs(Ω)
- Để xác định điện trở suất khối điện môi phẳng, ta xác định sau:
S
ρ =
h l RS (Ω)
Trong đó:RS điện trở bề mặt khối điện môi (Ω)
L bề rộng khối điện môi (cm) h bề dày khối điện môi (cm)
1.4.2 Điện dẫn suất
* Điện dẫn suất khối: đại lượng nghịch đảo điện trở suất khối
v v ρ
γ = (
cm
Ω ) với ρv điện trở suất khối điện môi * Điện dẫn suất mặt: đại lượng nghịch đảo điện trở suất mặt
s s ρ
γ = ( Ω
1
)với ρslà điện trở suất bề mặt điện mơi II Tính dẫn điện điện mơi khí:
- Đối với chất khí, đặc điểm bật mật độ phân tử bé Cho nên, cường độ điện trường bé dịng rị điện mơi khí điện tử tự ion tạo bỡi yếu tố bên ngồi nên dịng rị bé Do điện dẫn bé điện dẫn gọi điện dẫn khơng tự trì
(4)U I
Ua Ua
Ua Uhq
- Để thấïy mức độ thay đổi điện dẫn theo cường độ trường ta phân tích đường dặc tính V-A khối khí sau :
Ta thấy đường đặc tính chia làm thành đoạn: + Khi U < Ua : Dưới tác dụng yếu tố bên
các điện tử ion dương di chuyển theo chiều tác dụng điện trường trình dịch chuyển xảy tượng kết hợp điện tích trái dấu tạo thành hạt trung tính Do đó, điện trường cao hạt mang điện trái dấu chuyển động nhanh nên khả kết hợp giảm Vì vậy, I tăng gần tuyến tính theo điện áp
+ Khi Ua≤U≤Ub: Do số lượng điện tử ion khơng khí có giới hạn điện
áp tăng số điện tử phát sinh cân với số lượng điện tủ tái hợp nên số lượng điện tích chuyển khơng đổi Vì vậy, dịng điện khơng đổi điện áp tăng, giá trị dịng gọi dịng bão hồ ibh
+ Khi U > Ub: điện áp đặt vào với giá trị đủ lớn lúc lượng mà điện tử tích luỹ
được đủ để gây nên ion hố va chạm Điện tích sinh nhiều dòng điện tăng lên cao nhiều so với điện áp (không phụ thuộc vào điện áp) Khi điện áp có giảm so với giá trị Uo để trì hồ quang khe hở khí
+ Trong thực tế , điều kiện bình thường khơng khí dịng điện bão hồ đạt khoảng cách điện cực 10mm, E=0,0006 V/mm, ibh=10
-21A/mm2 III.Tính dẫn điện chất lỏng:
Tính dẫn điện chất lỏng liên quan chặc chẽ đến cấu tạo phân tử chất lỏng
3.1 Với chất lỏng trung hồ: khơng thể tách thành ion âm ion dương để tham gia vào dẫn điện, nên độ dẫn điện hoàn toàn phụ thuộc vào
có mặt tạp chất chất lỏng chất chất lỏng ( nước tạp chất chất lỏng) Chỉ cần lượng tạp chất nhỏ chất lỏng làm cho điện dẫn tăng lên cao dòng điện chạy qua chất lỏng thời gian dài làm giảm dần điện dẫn ( phân ly tạp chất để trung hoà điện cực) Trong thực tế khó loại bỏ hết tạp chất khoải chất lỏng nên khó tạo châtý lỏng có điện dẫn thấp
Đặc tính V-A chất lỏng trung tính đường a chất lỏng có tạp chất hình b
3.2 Đối với chất lỏng cực tính:
- Độ dẫn điện chất lỏng phụ thuộc vào tạp chất mà phụ thuộc vào thân chất lỏng Độ dẫn điện chất lỏng có cực tính cao chất lỏng trung hồ Cực tính mạnh tính dẫn điện cao ε tăng độ dẫn điện
I
(5)càng tăng Một số chất lỏng cực tính mạnh đến mức xem vật liệu cách điện mà vật liệu dẫn điện ion
- Điện dẫn suất chất lỏng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Trong phạm vi nhiệt độ thay đổi khơng dáng kể điện dẫn suất xác định
t
eα γ γ = 0
α
γ0, ssố chất lỏng γ0là điện dẫn nhiệt độ t=
oC
Bảng so sánh ε ρ số chất lỏng
Tên chất lỏng Đặc điểm ρ[Ω.cm]ở t=0oC Hằng số ε
Benzen Dầu biến áp Dầu xăng
Trung hoaì
1011 12
10 ÷ 13 10 10 10 ÷ 2,2 2,2 2,0 XơVơ Thầu dầu
Cỉûc 108 ÷1010
10 10 10 ÷ 4,5 4,6 Axeton Rượu etilic Nước cất
Cỉûc 104 ÷105
4 10 10 ÷ 22 33 81
Nhận xét: chất lỏng có cực tính số điện mơi cao, điện trở suất nhỏ nên Ebđ
IV.Tính dẫn điện điện mơi rắn: 4.1 Điện dẫn khối:
- Trong vật rắn tồn điện tử, ion thân chất rắn tạp chất có mặt chất rắn Dưới tác dụng điện áp đặt vào, thân vật rắn có dịng hạt mang điện di chuyển tạo nên dòng rò chạy khối điện mơi Khi cho dịng điện chạy qua điện mơi có chứa tạp chất thời gian dài dịng rị điện dẫn giảm dần theo thời gian Nhưng tồn giá trị tuỳ thuộc vào cấu tạo vật rắn:
+ Với điện mơi có cấu tạo ion: độ dẫn điện cịn phụ thuộc vào ion điện mơi giải phóng chuyển động nhiệt Điện dẫn phụ thuộc chặt chẽ vào hố trị ion ion có hố trị có điện dẫn lớn so với ion có hố trị
+ Với điện mơi có cấu tạo mạng lưới nguyên tử hay phân tử , tính dẫn điện phụ thuộc vào ion tạp chất Vì chế tạo làm tạp chất vật rắn điều quan trọng
4.2 Điện dẫn mặt
- Do bề mặt điện mơi khơng phải phẳng hồn tồn bề mặt điện mơi ln tồn lớp bẩn ẩm bề mặt điện môi Chính lớp tạo điện tích tự sinh dòng rò chạy bề mặt điện mơi hay điện mơi có điện dẫn mặt Điện dẫn phụ thuộc bề dày lớp ẩm
- Điện dẫn mặt phụ thuộc vào yếu tố sau : + Độ ẩm môi trường xung quanh
(6)