Tài liệu Phần 2 - SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI docx

Môn học: VẬT LIỆU ĐIỆN TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Định nghĩa: Phân cực điện môi là sự dịch chuyển của các điện tích trong giới hạn 1 phân tử dưới tác động của điện trường ngoài và hình thành moment điện. Trạng thái của điện môi có thể được thể hiện bằng các đại lượng sau:  Cường độ điện trường E  Độ phân cực P  Cảm ứng điện D  Năng lượng điện trường tích lũy trong điện môi  Mật độ năng lượng điện trường tích lũy trong điện môi SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI  Tốc độ lan truyền sóng điện từ  Hệ số khúc xạ sóng điện từ  Bước sóng truyền dẫn sóng điện từ  Trở kháng sóng a) Cường độ điện trường E + - r )/( mV q F E = 2 2 4 r q F o πεε = 2 4 r q E o πεε =⇒ ε o : hằng số điện môi ε: hệ số điện môi r: khoảng cách giữa 2 điện tích )/( 36 10 9 mF o π ε − = Cường độ điện trường trong tụ phẳng h U E = ε chỉ thể hiện tính chất của điện mô ở khối lượng hay thể tích đủ lớn phản ánh tính phân cựa của điện môi trong điện trường. ε được gọi là tham số vĩ mô. U ε h U ε 1 h U ε 2 h h U EE == > 21 21 εε Cường độ điện trường trong 1 tụ phẳng được làm từ điện môi đồng nhất có giá trị bằng nhau ở mọi điện trong thể tích của điện môi và nó không phụ thuộc vào hệ số điện môi. Điện môi được gọi là đồng nhất nếu có ε bằng nhau ở mọi điểm trong điện môi. Cường độ điện trường trong tụ hình trụ d D r U E x x ln = Cường độ điện trường của tụ trụ cũng không phụ thuộc vào hệ số điện môi (đồng nhất). Nó có giá trụ cực đại ở bề mặt điện cực trong và có giá trị cực tiểu ở bề mặt điện cực ngoài. d (r 1 ) D (r 2 ) 1 2 1 max ln r r r U E = 1 2 2 min ln r r r U E = Độ phân cực P V p P n i ∑ = = 1 Độ phân cực P còn được gọi là cường độ phân cực, thể hiện sức phân cực của điện môi trong điện trường và cũng như hệ số điện môi ε, nó chỉ thể hiện ở khối lượng hoặc thể tích đủ lớn. Nếu ta đưa 1 phân tử điện môi vào điện trường sẽ không có sự phân cực. + - + - + - + - + - + - + - + - + - Khi chưa có điện trường Khi có điện trường p: độ phân cực từng phần tử điện môi V: thể tích điện môi Cảm ứng điện D Cảm ứng điện D là tổng hình học của hai vectơ cường độ điện trường nhân với hằng số điện môi và vectơ cường độ phân cực P: D = ε o E + P Mặt khác, giữa điện dịch và điện trường có quan hệ: D = ε.ε o. E  ε o E + P = ε.ε o. E  P = ε o E (ε - 1)  ε o = 1 + k E k E ở mọi vật chất có giá trị >0. Trong chân không, k E = 0 Để xác định hệ số của điện môi nào đó, người ta sử dụng phương pháp thực nghiệm:  Đo điện dung của tụ điện trong chân không ε o  Đo điện dung trong điện môi có ε x Đối với tụ trụ ε h h S C o εε = 1 2 ln 2 r r l C o tr πεε = h S C o o ε = o C C = ε otr tr C C _ =⇒ ε 1 2 _ ln 2 r r l C o otr πε = Quan hệ giữa điện trở và điện dung của đoạn cách điện Tích điện dung và điện trở của đoạn cách điện không phụ thuộc vào kích thước hình học của điện môi mà chỉ phụ thuộc vào bản chất của điện môi. τ = R.C – Thời hằng tự phóng điện của tụ. Nó thể hiện thời gian mà điện áp trên 2 đầu tụ nhỏ đi e lần so với thời điểm t = 0. ε h h S C o εε = ∞≈ SS R ρ , ρεε . ocđ CR = o t UeU . τ − = U o U tτ cđvv R S h R == ρ Bài tập: Cho một tụ điện được nạp đầy tới 1000V. Tụ được ngắt khỏi nguồn và để hở mạch. Sau 10 phút, U trên 2 đầu tụ đo được là 200V. Cho ε = 5. Xác định ρ V của điện môi. Giải: o t UeU . τ − = U o U tτ 1000.200 )(600 τ s e − = )(372)5ln(.600 1 s== − τ vo CR ρεετ == . )(10.432,8)5ln( 600 121 m o v Ω== −− ε ρ [...]... dẫn điện của điện môi đều là sự dịch chuyển của các điện tích dưới tác động của điện trường ngoài Nhưng giữa chúng có sự khác biệt cơ bản: - + - + + + - Khi chưa có điện trường + + - + -+ - - - + + + - +  Phân cực điện môi là sự dịch chuyển của các điện tích trong giới hạn của 1 phân tử Tính dẫn điện của điện môi là sự dịch chuyển của các điện tích trên khoảng cách dài Tính phân cực - + - Tính dẫn điện. .. và ngắt điện áp  Ở điện áp xoay chiều, dòng điện phân cực tồn tại trong suốt thời gian đặt điện áp, nhưng pha của dòng điện sớm pha hơn điện áp 90o Các dạng phân cực tồn tại trong thiên nhiên: • Phân cực điện tử • Phân cực điện tử tích thoát • Phân cực ion • Phân cực kết cấu • Phân cực lưỡng cực • Phân cực tự phát • Phân cực ion tích thoát a) Phân cực điện tử Là sự dịch chuyển của điện tử so với hạt... lưỡng cực Đặc điểm: - Thời gian hoàn thành phân cực rất lớn so với phân cực điện tử và phân cực ion - Gây tổn thất năng lượng - Không phụ thuộc vào tần số điện áp đặt - Khi ngừng tác động của điện áp, các phần tử lưỡng cực chuyển về trạng thái ban đầu - Khác biệt cơ bản so với phân cực lưỡng cực là độ phân cực p và hệ số điện môi liên tục tăng theo nhiệt độ e) Phân cực điện tử tích thoát Là đặc tính phân. .. gọi là phân cực chậm - Gây tổn thất năng lượng - Không phụ thuộc vào tần số điện áp đặt - Khi ngừng tác động của điện áp, các phần tử lưỡng cực chuyển về trạng thái ban đầu - Độ phân cực phụ thuộc vào tần số điện áp đặt (tần số tăng  độ phân cực và hệ số điện môi giảm) d) Phân cực ion tích thoát Là đặc tính phân cực của điện môi có cấu trúc ion không không chặt và ở góc độ nào đó nó giống phân cực lưỡng... nhất tại vùng tiếp giáp giữa 2 điện môi (hay 2 lớp) e) Phân cực tự phát Loại phân cực này tồn tại ở điện môi xênhít điện Tồn tại nhiều vùng riêng biệt, mỗi vùng có sự phân cực tự phát riêng mà không cần điện trường ngoài Đặc điểm: - Gây tổn thất năng lượng lớn và lớn nhất trong các loại phân cực - Xảy ra mạnh ở điện trường thấp do trong điện môi tồn tại phân cực tự phát - Có tính chất bão hòa Quan... có cực, người ta dùng phương pháp thực nghiệm sau: - Lấy trọng tâm các điện tích (+) thành 1 điện tích duy nhất - Làm tương tự với các điện tích (-) Nếu 2 trọng tâm trùng nhau  không cực Nếu 2 trọng tâm không trùng nhau  có cực Cách khác: xác định cấu trúc phân tử của điện môi Cấu trúc đối xứng  không cực, cấu trúc không đối xứng  có cực Bản chất vật lý của phân cực điện môi Giũa phân cực điện môi. .. Khi có điện trường  Phân cực điện môi là sự tham gia của tất cả các phân tử Tính dẫn điện của điện môi chỉ là sự tham gia của một số lượng nhỏ điện tích tạp chất  Phân cực điện môi có tính chất đàn hồi Nếu ngừng tác động của điện áp các phần tử có xu hướng quay về trạng thái đầu Tính dẫn điện không có trạng thái này  Ở điện áp 1 chiều, dòng điện phân cực chỉ tồn tại ở thời điểm đóng và ngắt điện áp... phân cực điệ tử tỉ lệ với lập phương của nửa khoảng cách ion 3 α: Hệ số phân cực điện tử a: khoảng cách chu kỳ lưới tinh thể 10 −9 εo = ( F / m) 36π c) Phân cực lưỡng cực Sự khác biệt cơ bản giữa phân cực lưỡng cực với phân cực điện tử và phân cực ion là các phần tử lưỡng cực dao động nhiệt một cách hỗn loạn và một phần chúng được định hướng theo điện trường Đặc điểm: - Thời gian hoàn thành phân cực. .. của điện môi Như: điện trở suất giảm, tổn hao điện môi tăng lên Quan hệ giữa ε với áp suất: 4 Ở điện môi tuân theo định luật Clausisius – Mosotti thì hệ số điện môi phải tăng khi áp suất tăng lên do tăng mật độ vật chất ε = 1+ A.p ε (A – hằng số , p – là áp suất) ε P PK Điện môi không cực P Điện môi có cực Đối với điện môi có cực, khi áp suất tăng lên có nhiều phần tử lưỡng cực xoay theo hướng điện. .. Là đặc tính phân cực của điện môi tồn tại năng lượng kích thích của điện tử hay lỗ trống dư Đặc điểm: - Có hệ số điện môi rất lớn - Gây tổn thất năng lượng lớn - Khi tần số tăng làm cho hệ số điện môi giảm nhanh e) Phân cực kết cấu Xuất hiện trong điện môi có cấu tạo không đồng nhất, hay cấu tạo lớp Đặc điểm: - Xuất hiện ở vùng tần số thấp - Gây ra tổn thất năng lượng - Hiệu ứng phân cực mạnh nhất tại . 1 phân tử điện môi vào điện trường sẽ không có sự phân cực. + - + - + - + - + - + - + - + - + - Khi chưa có điện trường Khi có điện trường p: độ phân cực. của 1 phân tử. Tính dẫn điện của điện môi là sự dịch chuyển của các điện tích trên khoảng cách dài. + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - Khi