Nghiên cứu các tính chất của chất điện môi

tr-ờng đại học vinh KHoa vật lý - - nghiên cứu tính chất chất điện môi luận văn tốt nghiệp đại học chuyên ngành vật lý chất rắn Cán h-ớng dẫn khoa học: Ths Nguyễn Viết Lan Sinh viên thực hiện: Đậu Thị Giầu Lớp : 42E - Vật Lý Vinh, năm 2006 Lời Cảm Ơn ! Luận văn đ-ợc thực d-ới h-ớng dẫn Thầy giáo - Ths: Nguyễn Viết Lan Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình Thầy, thầy cô giáo khoa Vật Lý, sinh viên lớp 42E Khoa Vật Lý tr-ờng Đại học Vinh Mặc dù đà cố gắng nh-ng thời gian có hạn chế nên luận văn chắn có thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến Thầy Cô giáo bạn để Đề tài Nghiên cứu đ-ợc hoàn thiện hơn./ Quỳnh L-u, ngày tháng năm 2006 Tác giả đề tài Đậu Thị Giầu Phần mở đầu 1- Lý chọn đề tài Trong cách mạng khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ nh- nay, chuyên ngành Vật lý chất rắn có vị trí đặc biệt quan trọng Vật lý chất rắn đà nghiên cứu, chế tạo hàng loạt vật liệu cho ngành kỹ thuật mũi nhọn nh-: Điện tử, du hành vũ trụ, l-ợng nguyên tử Trong năm gần xuất hàng loạt công trình siêu dẫn nhiệt độ cao làm cho vị trí Vật lý chất rắn thêm đ-ợc khẳng định bật Vật lý chất rắn ngµnh khoa häc hÕt søc réng lín nã bao gåm nhiều môn nh-: Từ học, siêu dẫn, vật lý bán dẫn, vật lý kim loại hợp kim, vật lý chất điện môi, vật lý chất sắt điện Mỗi môn có lý thuyết hấp dÉn vµ cã øng dơng réng r·i cc sèng Đi sâu tìm hiểu Vật lý chất điện môi có nhiều điều thú vị giúp ta giải thích đ-ợc chất điện môi lại không dẫn điện, đặt điện môi d-ới tác dụng điện tr-ờng điện môi điện tr-ờng bị biến đổi bản, để hiểu đ-ợc chất chất điện môi nh- đà chọn đề tài Nghiên cứu cc tính chất chất điện môi lm khóa luận tốt nghiệp 2- Mục đích nghiên cứu a/ Tìm hiểu chất chất điện môi b/ Biết đ-ợc mức độ ứng dụng vào khoa học nh- đời sống xà hội 3- Đối t-ợng nghiên cứu Nghiên cứu tính chất chất điện môi biến đổi đặt điện tr-ờng 4- Giả thiết khoa học Nếu việc nghiên cứu đề tài thành công đạt kết cao sẻ giúp hiĨu biÕt thªm vỊ mét lÜnh vùc vËt lý chất rắn l Cc tính chất chất điện môi từ người ta biết kh ứng dụng vào khoa học sống 5- Ph-ơng pháp nghiên cứu - Ph-ơng pháp lý thut: Dïng c¸c kiÕn thøc vỊ to¸n häc, vËt lý đại c-ơng, học l-ợng tử, vật lý chất rắn để nghiên cứu tính chất chất điện môi 6- Cấu trúc luận văn Gồm: a/ Phần mở đầu b/ Phần nội dung gồm có ch-ơng - Ch-ơng I: Sự liên hệ điện tr-ờng bên điện tr-ờng địa ph-ơng bên tác dụng lên nguyên tử tinh thể điện môi - Ch-ơng II: Sự phân cực chất điện môi tr-ờng tĩnh điện tr-ờng biến thiên với tần số cao - Ch-ơng III: Tính chất nhiệt điện môi c- Phần kết luận Ch-ơng I Sự liên hệ điện tr-ờng bên điện tr-ờng địa ph-ơng bên tác dụng lên nguyên tử tinh thể điện môi 1.1- Khái niệm chất điện môi Các chất điện môi chất không dẫn điện Khác với kim loại chất điện phân, chúng điện tích dịch chuyển đ-ợc khoảng cách đáng kể Các chất điện môi đ-ợc cấu tạo phân tử trung hòa iôn mang điện đ-ợc giữ chặt vị trí cân xác định (tại nút mạng tinh thể) Các chất điện môi thể khí, lỏng phần thể rắn Trong mạng tinh thể iôn chia thành ô sơ cấp, số điện tích âm d-ơng ô Khi ta xét tr-ờng hợp tổng thể ô trung hòa điện Để xác định cách tiện lợi ta giả thiết chất điện môi đ-ợc cấu tạo phân tử trung hòa Hợp lực lực điện tác dụng lên phân tử trung hòa không điện tr-ờng ( E = const) Do khối tâm phân tử chất điện môi điện tr-ờng đứng yên Tuy nhiên hạt điện tích trái dấu tạo thành phân tử điện môi d-ới tác dụng lực điện tr-ờng phải dịch chuyển phía ng-ợc nhau, dẫn đến phân tử bị biến dạng Do để xác định đ-ợc tr-ờng tác dụng lên chất điện môi, ta cần phải tìm đặc tr-ng định l-ợng phân bố điện tích phân tử trung hòa 1.2- Các chất điện môi nhìn d-ới góc độ nguyên tử 1.2.1- Các chất phân cực Các phân tử số chất điện môi có mô men l-ỡng cực điện vĩnh cữu Các chất điện môi nh- đ-ợc gọi chất điện môi phân cực Trong vật liệu nh- mô men điện có xu h-ớng định h-ớng theo điện tr-ờng (hình 2.1) Vì phân tử chuyển động nhiệt nên định h-ớng không đ-ợc hoàn toàn, nh-ng định h-ớng sẻ tăng điện tr-ờng đặt vào tăng nhiệt độ giảm xuống H.2.1.a H.a- Các phân tử với mô men l-ỡng cực điện vĩnh cửu, có định h-ớng hỗn loạn điện tr-ờng H.2.1.b H b- Khi có điện tr-ờng l-ỡng cực đ-ợc định h-ớng phần theo điện tr-ờng Chuyển động nhiệt cản trở định h-ớng hoàn toàn theo tr-ờng 1.2.2- Các chất điện môi không phân cực Dù phân tử có hay mô men l-ỡng cực điện vĩnh cửu, chúng có mô men l-ỡng cực cảm ứng đ-ợc đặt điện tr-ờng Cc ®iƯn tr­êng ngo¯i n¯y cã xu h­íng “KÐo d±n” ph©n tử ra, lm cho tâm điện tích âm điện tích d-ơng cách H.a- Là điện môi, vòng tròn biểu thị nguyên tư trung hßa ë tÊm  b- Mét điện tr-ờng E o đ-ợc đặt vào nguyên tử bị giÃn dẫn đến tách tâm điện tích d-ơng điện tích âm lệnh H.c- Kết cục tạo điện tích mặt, ®iƯn tÝch nµy thiÕt lËp mét tr-êng E'   ng-ỵc chiỊu víi E o Tr-êng tỉng céng chất điện môi E tổng vectơ  cđa E' vµ E o cã h-íng cïng chiỊu với E o nh-ng có độ lớn nhỏ Nh- ảnh h-ởng chất điện môi làm yếu điện tr-ờng bên chất điện môi, điện tích mặt cảm ứng giải thích cho t-ợng tích điện hút mẫu nhỏ vật liệu không dẫn điện ban đầu không tích điện 1.3- Điện môi đặc biệt 1.3.1- Điện môi SÐcnhÐt Muèi SÐcnhÐt cã c«ng thøc NaK (C2H2O3)2 4H2O Tinh thể muối Sécnhét có nhiều tính chất đặc biệt so với điện môi khác Điện môi Sécnhét có số đặc tính sau: a/ Trong khoảng nhiệt độ đó, số điện môi điện môi Sécnhét lớn, đạt tới khoảng 10000 Hình vÏ I.3.1 biĨu diƠn sù phơ thc cđa h»ng sè điện môi vào nhiệt độ chất BaTiO3 (Titanatbari) ë T  1200c th×   2000 T  800c tăng vọt lên gần 6000 Nếu tiếp tục giảm nhiệt độ sẻ giảm b/ Hằng số điện môi có hệ số e cđa 5.500 4.500 3.500 2.500 1.500 500 nã phơ thuộc vào c-ờng độ điện tr-ờng E 40 60 điện môi (H.I.3.2) biểu diễn phụ thuộc vào E Vì điện môi Secnhét, Vectơ phân cực điện môi Pe không tỷ lệ 80 100 1400c 120 H.I.3.1  bËc nhÊt víi Vect¬ c-êng ®é ®iƯn tr-êng E o (H.I.3.3) BiĨu diƠn sù phơ thc cđa Pe vµo E E H I.3.2 tõ đồ thị ta thấy tăng EEb giá trị Pe không tăng Khi t-ợng phân cực điện môi điện môi secnhet đà đạt tới trạng thái bÃo hoà Pe o  H I.3.3 E  Tõ D   E P với giá trị không lớn E véc tơ cảm ứng D không phụ thuộc bËc nhÊt vµo E chØ víi E > Eb ®ã Pe = h/s th× D míi phơ thc bËc vào E c/ Đối với điện môi Secnhet, gía trị Pe phụ thuộc c-ờng độ điện tr-ờng E mà phụ thuộc vào trạng thái phân cực tr-ớc điện môi Khi tăng E đến giá trị Eb Pe đạt giá trị bÃo hoà Nếu ta giảm E -> O Pe -/> O mà Pe -> Ped t-ợng gọi t-ợng phân cực d- hay t-ợng điện trễ Khi đổi chiều điện tr-ờng đ-a tới gía trị - Ek phân cực hoàn toàn Ek gọi điện tr-êng khư ®iƯn NÕu tiÕp tơc cho E -> -Eb từ -Eb -> O, sau lại đổi chiều điện tr-ờng tiếp tục tăng giá trị E từ o -> Eb ta thu đ-ợc vòng khép kín gọi chu trình điện trễ (H.I.3A) pe Pep p Ped - Eb -Ek Ek Eb E H.I.34 - Chu trình điện trễ d/ Khi T tăng tới Tc điện môi Secnhet hết tính chất đặc biệt trở thành điện môi bình th-ờng Tc đ-ợc gọi nhiệt độ Curi Muối Secnhet Tc ~~ 250C 1.3.2- Hiệu ứng áp điện a.Hiệu ứng áp điện thuận Vào năm 1880 Pie curi đà tìm thấy t-ợng mới: Khi nén kéo giÃn tinh thể điện môi theo ph-ơng đặc biệt tinh thể mặt giới hạn tinh thể có xuất điện tích trái dấu, t-ơng tự nh- điện tích xuất t-ợng phân cực điện môi (H.I.3.5) Hiện t-ợng đ-ợc gọi hiệu ứng áp điện thuận H.I.3.5 Nếu đổi dấu biến dạng điện tích xuất hai mặt đổi dấu.Do có điện tích trái dấu xuất nên hai mặt có hiệu điện b.Hiệu ứng áp điện nghịch Nếu ta đặt lên hai mặt tinh thể hiệu điện bị giÃn nén Nếu hiệu điện hiệu điện xoay chiều tinh thể giÃn, nén liên tiếp dao động theo tần số hiệu điện xoay chiều Tính chất đ-ợc ứng dụng để chế tạo nguồn phát siêu âm 1.4.Điện tr-ờng chất điện môi 1.4.1 Điện tr-ờng tổng hợp điện môi Nh- ta đà biết mặt giới hạn điện môi đặt điện tr-ờng E có xuất điện tích trái dấu Các điện tích trái dấu gây điện tr-ờng phụ E' Do điện tr-ờng tổng hợp điểm điện môi lúc là:  E  E + E'  §Ĩ tÝnh c-ờng độ điện tr-ờng tổng hợp E' ta xét tr-ờng hợp đơn giản sau: H.I.4.1 Giả sử ta có điện tr-ờng E hai mặt phẳng song song vô hạn mang điện tích nh-ng trái dấu Chất điện môi lấp đầy khối điện môi bị phân cực Trên mặt giới hạn xuất điện tích liên kết, mật độ điện tích mặt - ' + ' , điện tích liên kết gây điện tr-ờng phụ E' ph-ơng nh-ng ng-ợc chiều với điện tr-ờng ban đầu E Theo nguyên lý chồng chất điện tr-ờng vec tơ c-ờng độ điện tr-ờng tổng hợp E điểm điện môi   E = E0 + E' (I.4.1) T  E 12 NK BT => CV = Hay CV =243NK B    T 5TD TD (2.1.13) Công thức (2.1.13) nói lên định luật gần dúng T Debyte +KHi nhiệt độ đủ thấp , định luật gần dao động nhánh âm đ-ợc kích thích ứng với sóng dài , dao động đ-ợc hiểu dao động đàn hồi liên tục , đ-ợc mô tả số đàn hồi vĩ mô Ta biểu diễn đồ thị phụ thuộc nhiệt dung vào nhiệt độ L-u ý: lý thuyết Debyte lý thuyết xác dựa hẳn hệ thức tán sắc i q mà định luật t-ờng hợp sóng dài Lý thuyết Debyte phù hợp tốt với thực nghiệm nhiệt dung có tính chất nhạy bén với chi tiết phân bố tần số kiểu dao động chuẩn tắc 3.2 Tính số dao động chuẩn tắc 3.2.1 Dẫn dắt hàm phân bố planck Xét hệ gồm dao động tử giống trạng thái cân nhiệt Tỉ số số l-ợng tử trạng thái l-ợng tử kích thích thứ n+1 thứ n theo phân bố Bolzomann Nn 1 e Nn    (3.2.1) Trong ®ã :   kBT  : H»ng sè planck 42 : tần số dao động nguyên tử k B : H»ng sè Bolzomann Lóc ®ã tØ sè dao động tử trạng thái l-ợng tử thứ n ®èi víi tỉng sè dao ®éng tư  n Nn   N S 0 e   e S (3.2.2) n S Từ ta thấy hệ dao động tử , giá trị trung bình số l-ợng tử n ứng với trạng thái kích thích Se S = e  S   (3.2.3)  S  S Trong S số loại nguyên tử Thùc hiƯn lÊy tỉng ë mÉu biĨu thøc (3.2.3) b»ng cách lấy tổng cấp số nhân VớI d dX X S   SX S X S => 1 X X        X= exp   S S  X 1  X 2   => = X 1  X 2 X e  :       1 X 1 X 1 e  e (3.2.4) Tõ c«ng thøc (3.2.4) ta xÐt số tr-ờng hợp đặc biệt : + nhiệt ®é thÊp   k BT   e    (3.2.5) + ë nhiƯt ®é cao   k BT e  K BT 1  k BT  n  k BT  (3.2.6) Trong tr-ờng hợp điền đầy trạng thái cổ điến với ý nghĩa l-ợng mà dao ®éng tö b»ng   k BT 43 Ta cã thĨ biĨu diƠn ph©n bè planck theo nhiệt độ cao đồ thị sau ta xét nhiệt độ cao số l-ợng tử trung bình phụ thuộc tuyến tính Đ-ờng nét đứt thể hiệ tr-ờng hợp cổ điển (H.22) 2.3.2 hàm mật độ trạng thái tr-ờng hợp mạng chiều Ta xét toán sóng đàn hồi chuỗi hạt giả sử số hạt N a khoảng cách hai hạt L =9a độ dài chuỗi giả sử vị trí S = O Và S nằm hai đầu chuỗi bị gim chặt dao động chuẩn tắc sóng đứng (H 23) US = U0e iq sin ka kh«ng lan trun ®-ỵc víi   M C p 0 P (1 cos pqa) Dựa vào điều kiện Born-Karman(trong tÝnh chÊt cña vecto sã ng q) tacã :   q a a víi q= 0,  2 ……… L 44 Nh- vËy :, vïng Briloin thø nhÊt khoảng với độ dài ta có N trạng a thái với số sóng q khác từ ta có mật độ W(q) Đ-ợc viết d-íi d¹ng    VíI q    ,  N L  2 a a  a a W(q) = (3.2.7)    q   ;  víi  a a =>sè tr¹ng thái khoảng tần số từ đến d lµ D(  )d(  ) = 2W(q) dq W (q) d ( )  d ( ) d d dq (3.2.8) mặt khác từ hệ thức tán s¾c ta cã  max·   qa qa qa  =>cos   sin  q   max sin 2  max·2 mµ  max·   M M : Khối l-ợng :hệ số đàn hồi =>cos Talạicó :  qa M   max·2   2  qa a  d  cos = a 2 M dq M =>   M  max· d a   max·2   dq 2  (3.2.9) thay c¸c biĨu thøc (3.2.7);(3.2.8) vào (3.2.9) ta đ-ợc D( ) L 2N  2 a     m·ax  m·ax   (3.2.10) 45 Biểu diễn (3.2.10) đồ thị D(  ) 2G  max  max H×nh 24 3.2.3 Hàm mật độ trạng thái tr-ờng hợp mạng ba chiều Xét tr-ờng hợp mạng ba chièu , mô hình tinh thể khối lập ph-ơng có cạnh L chứa N3 ô sở ứng dụng đ-ợc điều kiện tuần hoàn Các giá trị vectơ sóng q cho phép đ-ợc xác định exp [i(qxx + qyy +qzz)] = exp[i (qx(x+L) +qy(y+L)+qz(z+L))] => qx ,qy,qz =0,  (3.2.11) 2 4 N ; ; ; L L L V  2  Do ®ã , ®èi víi thĨ tÝch    8  L  (V=L Lµ thĨ tÝch tinh thĨ ) Trong gần liên tục Debyte, vận tốc âm đ-ợc coi không đổi (q) q Tổng số N dao động với vectơ sóng q tích thể tích hình cầu bán kính q số dao động đơn vị thể tích Nh- phân cực ta có  L  4  q  4 D N=   qD     V D2 6   2   3 3 Mật độ trạng thái loại phân cực D( )  dN V  d 2 2 (3.2.12) Nếu mẫu chứa N ô tổng số dao động (trạng thái) phônôn âm N tần số Debyte phân bố liên tục bị cắt đựơc xác định theo công thức 46  6 N   D    V    6 N    qD  D     V => Các dao động ứng với q Quá trình dẫn nhiệt trình ngẫu nhiên , nhiệt từ đầu qua tới đầu cách thông suốt => ta coi trình nh- khuếch tán => Nhiệt l-ợng Q phụ thuộc vào gradient nhiệt độ dT phụ thuộc đơn dx vào chênh lệch nhiệt độ hai đầu T Trên sở lý thuyết đơn giản động häc cña khÝ ta thÊy ta xÐt mét ph-ơng (giả sử ph-ơng x) dòng hạt chuyển ®éng n   x : víi n số phân tử đơn vị thể tích < x : vận tốc trung bình hạt Gỉa sữ gọi c nhiệt dung hạt mạng tinh thể Khi hạt chuyển động từ thể tích có nhiệt độ định xứ T + T sang vùng nhiệt độ T => Hạt nhiệt Q C.T (3.2.15) Hiệu nhiệt độ định xứ T Trên hai đầu khoảng dài b-íc ch¹y tù T  dT dT lx   x  o dx dx (3.2.16)  o : thời gian trung bình va đập Đối với dòng l-ợng toàn phần tạo dòng hạt có hai đầu tự : tacó : Ju =-n<  x  Q  n   x  dt dT c.l x =  n    c. o dx dx (3.2.17) Đối với phonon : vận tốc cố định ta viết biểu thức d-ới dạng Ju =  C. l víi dT dx (3.2.18) l =   o C = n c => K = C  l (3.2.19) K : hƯ sè dÉn nhiƯt C :nhiƯt dung(trªn mét đơn vị thể tích) : vận tốc trung bình hạt , 49 l : quảng đ-ờng trung bình hai va chạm =>Hệ số dẫn nhiệt tỉ lƯ víi nhiƯt dung , vËn tèc chun ®éng cđa hạt khoảng cách hai va chạm 3.4.2 Nhiệt trở mạng B-ớc chạy trung bình b-ớc chạy tự l phonon đ-ợc xác định hai trình : - Tán xạ hình học - Tán xạ phonon khác Nếu t-ơng tác nguyên tử có số hạng điều hoà tán xạ phônon mà có tán xạ mặt tinh thể sai hỏng mạng tinh thể Nếu t-ơng tác có thành phần phản điều hoà t-ơng tác điều hoà phonon hạn chế b-ớc ch¹y tù l Ta xÐt mét m¹ng tinh thĨ Xét nhiệt trở mạng có lý thuyết gần Debyte nhiệt trở nhiƯt ®é cao l xÊp xØ Cã mét sè phonon t-ơng tác với phonon số phonon T đ-ợc kích thích = e  1 k BT   =K b T  víi e   1   kBT => T => Tần số va đập tỉ lệ với sè phonon => l  T §Ĩ cã dẫn nhiệt cần phải có chế đảm bảo xác lập cân nhiệt định xứ phân bố phonon có chế có cân nh- đầu có nhiệt độ T1 V đầu có nhiệt độ T Độ dẫn nhiệt phụ thuộc vào l chế xác lập phân bố cân thực phonon + Va đập phonon với sai hỏng tĩnh biên giới tinh thể ch-a đảm bảo xác lập cân nhiệt va đập không làm thay đổi l-ợng phonon riêng biệt ( :tần số phonon tán xạ ; : tần số phonon tới ) 50 trình va đập phonon vectơ sóng đ-ợc bảo toàn    k1  k  k3 Sẽ không xác lập đ-ợc cân va đập động l-ợng tổng cộng khí phonon không thay đổi => Tổng động l-ợng hƯ phonon lµ :   J    k n đ-ợc bảo toàn có va đập có va đập thay đổi j l¹i k    tÝnh theo tỉng k3  k2  k1  (n  : sè phonon có vectơ sóng k) =>j không đổi k Nếu có dẫn phân bố phonon "nóng" với j kh¸c -> phonon lan trun víi j =const -> kh«ng cã nhiƯt trë Ta xÐt mét sè tr-êng hợp sau để thấy đ-ợc t-ơng tự dẫn nhiƯt bëi khÝ lý t-ëng vµ phonon + Tr-êng hợp ống hở hai đầu sơ đồ H 25 Theo sơ đồ va đập không làm thay đổi động l-ợng tổng cộng Nhiệt tải tải vËt chÊt : lng khÝ , sù dÉn nhiƯt kh«ng phải građien nhiệt độ =>Niệt trở + Tr-ờng hợp ống bị bịt kín hai đầu H.26 Trong tr-ờng hợp tải vật chất , hạt không ống 51 có gradient nhiệt độ va đập khí phonon dẫn đến tâm hạt có l-ợng lớn bên phải , hạt có vận tốc nhỏ bên trái Do nhiệt dẫn đầu lạnh H 27 Dòng phonon: trình N đầu tinh thể phát phonon từ đầu đến đầu suy có dòng phonon Nếu tinh thể có trình va đập bình th-ờng phonon Nếu tinh thể có trình va đập =>dòng phonon chảy st qua tinh thĨ => NhiƯt trë b»ng  +Qóa tr×nh U :     k1  k2  k3  G ( G  0) H 28 Động l-ợng tổng cộng phonon thay đổi , trình va đập dòng phonon thứ cấp chuyển động bên trái giảm nhanh chóng đầu tinh thể đầu phát đồng thời đầu thoát chuyển l-ợng tổng cộng => Nhiệt ẫn đến đầu lạnh ( hạt ) => nhiệt trở tăng +Nhiệt trở phonon va đập với sai hỏng mạng nh- Các hiệu ứng hình học màng mỏng mẫu có kích th-ớc b-ớc sóng tự (trong tr-ờng hợp có va đập với bề mặt mẫu ) - Những va đập đàn hồi không gây nhiệt - Va đập sai hỏng điểm :đồng vị, tạp chất , nút mạng khuyết va đập không đàn hồi - Va đập với sai hỏng khác: lệch mạng ( va đập không dàn hồi ) 52 kết luận Nghiên cứu đề tài "Các tính chất chất điện môi" tác giả đà tìm hiểu đ-ợc vấn đề Sự biến đổi chất điện môi d-ới tác dụng điện tr-ờng ngoài, thấy đ-ợc chất điện môi Nhìn d-ới góc độ nguyên tử, chất điện môi đặc biệt, phân cực chất điện môi điện tr-ờng, l-ợng điện tr-ờng chất điện môi, biết đ-ợc khái niệm "thời gian phục hồi" biết ảnh hưởng nhiệt độ lên tinh thể chất điện môi Để tìm hiểu, nghiên cứu sâu đề tài có nhiều tài liệu khác điều kiện thời gian nh- khả có hạn, tác giả ch-a thể khai thác hết lĩnh vực liên quan đến chất điện môi Vậy nên tác giả mong đ-ợc đóng góp, dẫn thầy - cô bạn sinh viên để đề tài đ-ợc hoàn thiện 53 Tài liệu tham khảo Nguyễn thị Bảo NgọcNguyễn Thế Khôi -Đỗ Công Uẩn Giáo trình vật lý chất rắn C Kittel: Sơ yếu vật lý chất rắn Đào văn Phúc: Điện động lực NXBGD 1997 Nguyễn Văn Hùng Lý thuyết chất rắn NXB ĐHQG Đặng Quang Khang: Những sở lý thuyết điện học NXBKHvàKT Hà Nội 1972 54 Mục Lục Trang Mở Đầu Ch-ơng I Sự liên hệ điện tr-ờng bên điện tr-ờng Địa ph-ơng bên tác dụng lên nguyên tử tinh thể điện môi 1.1 khái niệm chất điện môi 1.2 chất điện môi nhìn d-ới góc độ nguyên tử 1.2.1các chất phân cực 1.2.2 chất điện môi không phân cực 1.3 Điện môi đặc biệt 1.3.1 Điện môi secnhet 1.3.2 hiệu ứng áp điện 1.4 điện tr-ờng chất điện môi 1.4.1 Điện tr-ờng tổng hợp điện môi 1.4.2 ®iƯn tr-êng ®iƯn m«i ®ång chÊt 11 1.4.3 Điện tr-ờng điện môi 12 1.4.4 Công thức liên hệ điện tr-ờng điện tr-ờng chất điện môi 18 Ch-ơng II: Sự PHÂN CựC CủA CHấT ĐIệN MÔI tr-ờng tĩnh điện tr-ờng biến thiên với tần số cao 19 2.1 Khái niệm phân cực chất điện môi 19 2.2 Hằng số điện môi phụ thuộc số điện môi vào nhiệt độ , đo số điện môi 20 2.2.1 Hằng số điện môi 20 2.2.2 Sự phụ thuộc số điện môi vào nhiệt độ 20 2.2.3 ph-ơng pháp đo số điện môi 21 2.3 Sự phân cực chất điện môi phụ thuộc vào điện tr-ờng 22 2.3.1 Sự phân cực chất điện môi t-ờng tĩnh điện 22 2.3.2 Sự phân cực chất điện môi điện tr-ờng biến thiên theo tần số 25 2.3.2a Lý thuyết cổ điển hệ số phân cực điên tử 25 2.3.2b HƯ sè ph©n cùc ion 27 55 2.3.2c Hệ số phân cực định h-ớng 28 2.3.2d Định h-ớng l-ỡng cực chất rắn 30 2.4 Năng l-ợng điện tr-ờng chất điện môi, biến đổi l-ợng có liên quan đến phân cực chất điện môi 31 2.4.1 Năng l-ợng điện tr-ờng chất điện môi 31 2.4.2 Sự biến đổi l-ợng có liên quan đến phân cực cuat chất điện môi 31 2.5 Sự phụ hồi l-ìng cùc 33 2.5.1 Thêigian phơc håi chÊt láng 33 2.5.2 Quá trình phục hồi trongchất điện môi rắn 33 Ch-ơng III - Tính chất chất điện môi 36 3.1 -NhiƯt dung cđa m¹ng tinh thĨ 36 3.1.1 - Mét sè ®iĨm chung cđa nhiƯt dung 36 3.1.2- Các lý thuyết nhiệt dung mạng tinh thể 37 3.1.2a- Định luật Dulong-petit điện 37 3.1.2b- Nhiệt dung cđa m¹ng tinh thĨ theo thut Einstein 38 3.1.2c- NhiƯt dung cđa m¹ng tinh thĨtheo thut De bye 40 3.2- Tính số dao động chuẩn tắc 42 3.2.1- Dẫn dắt hàm phân bố plank 42 3.2.2- Hàm mật độ trạng thái tr-ờng hợp chiều 44 3.2.3- Hàm mật độ trạng thái tr-ờng hợp mạng ba chiều 46 3.3- Các t-ơng tác không điều hoà tinh thĨ 47 3.3.1- Gi·n në nhiƯt 47 3.4- Dé dÉn nhiÖt 48 3.4.1- HÖ sè dÉn nhiÖt 48 3.4.2- NhiÖt trë cđa m¹ng 50 56 ... không dẫn điện, đặt điện môi d-ới tác dụng điện tr-ờng điện môi điện tr-ờng bị biến đổi bản, để hiểu đ-ợc chất chất điện môi nh- đà chọn đề tài Nghiên cứu cc tính chất chất điện môi lm khóa luận... Mục đích nghiên cứu a/ Tìm hiểu chất chất điện môi b/ Biết đ-ợc mức độ ứng dụng vào khoa học nh- đời sống xà hội 3- Đối t-ợng nghiên cứu Nghiên cứu tính chất chất điện môi biến đổi đặt điện tr-ờng... phân bố điện tích phân tử trung hòa 1.2- Các chất điện môi nhìn d-ới góc độ nguyên tử 1.2.1- Các chất phân cực Các phân tử số chất điện môi có mô men l-ỡng cực điện vĩnh cữu Các chất điện môi nh-