Bài giảng vật lý 1 chương 7 nguyễn xuân thấu

CHƯƠNG ĐIỆN MÔI Nguyễn Xuân Thấu -BMVL HÀ NỘI 2017 - Là chất điều kiện bình thường không dẫn điện - Theo Vật lý cổ điển, chất khơng có hạt mang điện tích tự - Các chất khí khơng bị ion hóa, số chất lỏng (benzen, nước cất, dầu mỏ, dầu thực vật…) chất rắn (thủy tinh, đồ sứ, mica…) - Điện trở suất cỡ 106 đến 1015 Ω.m, điện trở suất kim loại cỡ 10-8 đến 10-6 Ω.m SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MÔI 1.1 Hiện tượng phân cực điện mơi Hiện tượng xuất điện tích điện mơi đặt điện trường ngồi gọi tượng phân cực điện môi Đối với đồng chất đẳng hướng lịng khơng xuất điện tích, cịn điện mơi khơng đồng chất đẳng hướng lịng có xuất điện tích Có vẻ giống điện hưởng điện tích mặt giới hạn chất điện mơi điện tích liên kết Các điện tích liên kết gây điện trường phụ Điện trường tổng hợp chất điện môi:    E  E  E SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MƠI 1.2 Giải thích tượng phân cực điện môi Khi xét tương tác electron nguyên tử, phân tử với điện tich hay điện trường ngoài, ta coi tác dụng electron tương đương điện tích điểm tổng cộng –q đứng n vị trí trung bình – gọi tâm điện tích âm Tương tự, tác dụng hạt nhân tương đương điện tích +q đặt tâm điện tích dương Khi chưa có điện trường ngồi, tâm điện tích dương tâm điện tích âm trùng lệch Phân tử coi gần lưỡng cực điện có mơ men lưỡng cực điện   pe  q l SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MƠI 1.2 Giải thích tượng phân cực điện mơi Nếu tâm điện tích dương tâm điện tích âm trùng phân tử gọi khơng phân cực Ví dụ: H2, N2, O2, Cl2, CCl4 Trong điện trường ngồi điện tích dương âm bị điện trường tác dụng, dịch chuyển ngược chiều, phân tử trở thành lưỡng cực điện có mơmen điện khác   p e   E α – độ phân cực phân tử SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MƠI 1.2 Giải thích tượng phân cực điện mơi Nếu tâm điện tích dương tâm điện tích âm khơng trùng phân tử gọi phân cực Ví dụ: H2O, NH3, NaCl … Khi khơng có điện trường phân tử lưỡng cực điện có mơmen điện khác khơng Khi đặt điện trường, mômen lưỡng cực định hướng theo điện trường 1 SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MƠI 1.2 Giải thích tượng phân cực điện mơi Kết quả, lịng chất điện mơi điện tích trái dấu lưỡng cực phân tử trung hòa nhau, hai mặt giới hạn, xuất điện tích trái dấu – điện tích liên kết Điện trường mạnh, phân cực rõ rệt Khi cắt bỏ điện trường tượng phân cực điện mơi theo 2 VÉC-TƠ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.1 Định nghĩa Để đặc trưng cho mức độ phân cực điện môi, người ta dùng đại lượng  vật lý véc-tơ phân cực điện môi, ký hiệu là: Pe đo tổng mơmen điện phân tử có đơn vị thể tích khối điện mơi   pei n  Pe  i 1 V + Vectơ phân cực điện môi đại lượng vĩ mô, coi mômen lưỡng cực điện ứng với đơn vị thể tích chất điện môi + Đơn vị đo vectơ phân cực điện môi C/m2 (trùng với đơn vị đo mật độ điện tích mặt) 2 VÉC-TƠ PHÂN CỰC ĐIỆN MƠI 2.2 Liên hệ véc-tơ phân cực điện môi mật độ điện mặt điện tích liên kết  Pe Vì véc-tơ phân cực điện mơi mật độ điện mặt điện tích liên kết mặt giới hạn khối điện môi đặc trưng cho mức độ phân cực điện mơi nên chúng có liên hệ với Xét khối điện môi đồng  chất, đẳng hướng, đặt điện trường E Xét hình trụ đủ nhỏ, có đáy nằm mặt điện môi, đường  sinh song song với véc-tơ cường độ điện trường E Khi hình trụ coi lưỡng cực điện có mơmen điện:     p   p ei  q l  S l VÉC-TƠ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI 2.2 Liên hệ véc-tơ phân cực điện môi mật độ điện mặt điện tích liên kết Mà, vectơ phân cực khối điện mơi hình trụ :   pei n   p S l Pe    V V Slcos   i 1 ' | P e | cos   Suy ra: 10 Hay:  '  Pe cos   Pen Vậy: Mật độ điện tích liên kết hình chiếu vectơ phân cực lên pháp tuyến mặt giới hạn 3 ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG ĐIỆN MÔI 3.1 Điện trường lịng chất điện mơi  E0 11             E   E         E điện trường gây mặt phẳng mang điện       Gọi lấp đầy chất điện môi cần nghiên cứu Trên mặt giới hạn chất điện môi xuất điện tích trái dấu có mật độ là –σ +σ Các điện  tích gây điện trường phụ E ngược chiều với E    E  E  E  E  E  E ' E’ cường độ điện trường gây mặt phẳng song song vô hạn: E   /   Pen /    Đối với chất điện môi đồng chất, đẳng hướng: P e   e  E (e gọi độ cảm điện) E    e E n /     e E /    e E ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG ĐIỆN MƠI 3.1 Điện trường lịng chất điện mơi  E0 12             E   E              E0 E   e  Vậy: cường độ điện trường lịng chất điện mơi giảm  lần so với cường độ điện trường chân không  E  E  e E  E ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG ĐIỆN MÔI 3.2 Liên hệ véc tơ cảm ứng điện véc tơ phân cực điện môi Theo định nghĩa: 13   D  0E;    e     D  0 1   e  E  0 E  0e E    D  0 E  Pe *   D   E Hai công thức trường hợp môi   Pe  0 e E trường đồng chất đẳng hướng Trong trường hợp điện  môi không đồng chất không đẳng hướng, véc-tơ  phân cực điện môi Pe không tỷ lệ với véc-tơ cường độ điện trường  E nên véc-tơ điện  cảm D không phương chiều với véc-tơ E Khi véc-tơ D phải tính theo cơng thức (*) ĐIỆN TRƯỜNG TỔNG HỢP TRONG ĐIỆN MÔI 3.1 Liên hệ véc tơ cảm ứng điện véc tơ phân cực điện môi 14 Chất điện môi  Chất điện môi  Chân khơng Parafin 2,2 – 2,3 Khơng khí 1,0006 Cao su mềm 2,6 – Dầu hỏa 2,1 Mica – 5,5 Nhựa thông 3,5 Thủy tinh – 10 Ebônit 2,7 – Sứ 6,3 – 7,5 ĐIỆN MƠI ĐẶC BIỆT 4.1 Điện mơi Seignette Muối seignette có cơng thức NaK(C2H2O3)2.4H2O (bi tactrat K, Na ngậm nước) BaTiO3 (titanat bari) Đặc tính điện mơi seignette: Hệ số điện môi séc nhét phụ thuộc vào nhiệt độ, có giá trị lớn Vectơ phân cực Pe không tỉ lệ bậc với cường độ điện trường lịng chất điện mơi 15 Giá trị Pe phụ thuộc cường độ điện trường E trạng thái phân cực trước điện mơi 4 ĐIỆN MƠI ĐẶC BIỆT 4.1 Điện mơi Seignette 16 Khi tăng nhiệt độ tới nhiệt độ TC (gọi nhiệt độ Curie), Seignette hết tính chất đăc biệt, trở thành điện mơi bình thường 4 ĐIỆN MƠI ĐẶC BIỆT 4.2 Hiệu ứng áp điện Năm 1880 nhà vật lí Pierre Curie Jacques Curie phát tượng : kéo giãn nén tinh thể điện môi theo phương đặc biệt tinh thể mặt giới hạn tinh thể có xuất điện tích trái dấu Hiện tượng gọi hiệu ứng áp điện thuận Ngược lại, ta áp lên hai mặt tinh thể hiệu điện bị dãn nén Đó hiệu ứng áp điện nghịch 17 Hiệu ứng áp địện thuận ứng dụng để biến dao động thành dao động điện Hiệu ứng áp địện nghịch ứng dụng để chế tạo máy phát sóng siêu âm - + + + + + + + + + + + + + + - Bài tập cần làm 3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.8 18 HẾT 19 ... rắn (thủy tinh, đồ sứ, mica…) - Điện trở suất cỡ 10 6 đến 10 15 Ω.m, điện trở suất kim loại cỡ 10 -8 đến 10 -6 Ω.m SỰ PHÂN CỰC CỦA CHẤT ĐIỆN MƠI 1. 1 Hiện tượng phân cực điện mơi Hiện tượng xuất điện... TRONG ĐIỆN MÔI 3 .1 Liên hệ véc tơ cảm ứng điện véc tơ phân cực điện môi 14 Chất điện môi  Chất điện môi  Chân không Parafin 2,2 – 2,3 Khơng khí 1, 0006 Cao su mềm 2,6 – Dầu hỏa 2 ,1 Mica – 5,5 Nhựa... 1, 0006 Cao su mềm 2,6 – Dầu hỏa 2 ,1 Mica – 5,5 Nhựa thông 3,5 Thủy tinh – 10 Ebônit 2 ,7 – Sứ 6,3 – 7, 5 ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT 4 .1 Điện mơi Seignette Muối seignette có cơng thức NaK(C2H2O3)2.4H2O (bi