O 2+ NH4 = 2H2 + N2 2 +2 H2 = 2 H
3.1.2 Sự dẫn điện của điệnmơ
Khi một mẫu điện mơi đặt trong điện áp nào đĩ sẽ xuất hiện những dịng điện rất nhỏ. Bao gồm:
-Dịng điện rị (I r): do một số điện tích tự do chuyển dịch gây nên
-Dịng điện phân cực (Ipc): do sự chuyển dịch của các điện tích ràng buộc khi cĩ phân cực điện tử hay phân cực ion, nĩ cĩ thời gian tồn tại rất ngắn khơng thể đo được.
-Dịng điện dung (I c ): do sự dịch chuyển của các điện tử trong các dạng phân cực khác của điện mơi. Đối với điện áp một chiều dịng I c chỉ cĩ khi đĩng hoặc ngắt điện. Đối với điện áp xoay chiều nĩ tồn tại liên tục.
Vậy tổng dịng điện trong điện mơi: I = I r + I c
Độ dẫn điện của điện mơi cịn phụ thuộc vào trạng thái điện mơi: khí, lỏng, rắn và phụ thuộc vào độ ẩm, nhiệt độ, thời gian làm việc lâu dài dưới điện áp.
* Tính dẫn điện của điện mơi khí
Khi điện trường yếu chất khí cĩ độ dẫn điện rất bé, dịng điện chỉ xuất hiện khi trong chất khí cĩ các ion hoặc điện tử tự do. Cĩ 2 nguyên nhân chính dẫn đến sự ion hĩa các phân tử khí:
σ(Ω−.1m−.1)
E(V/m) Hình 3.7 Quan hệ giữa điện dẫn với cường độ điện trường trong điện mơi lỏng.
-Khi điện trường đủ mạnh, các hạt mang điện va chạm với các phân tử khí tạo ra các ion.
-Các yếu tố bên ngồi như tia cực tím, tia phĩng xạ, nhiệt độ sẽ gây nên hiện tượng ion hĩa các phân tử khí, phân tích thành ion âm và ion dương,dưới điện áp đặt vào sẽ di chuyển tạo thành dịng điện. Khi điện trường quá lớn sẽ xảy ra hiện tượng thác điện tử và dịng điện tăng mãnh liệt tới khi chọc thủng khoảng cách giữa các
điện cực.
* Tính dẫn điện của điện mơi lỏng
Độ dẫn điện của điện mơi lỏng liên quan chặt chẽ với cấu tạo phân tử của chất đĩ.
Trong chất lỏng khơng cực, độ dẫn điện phụ thuộc vào sự cĩ mặt của các tạp chất phân ly (kể cả nước). Trong chất lỏng cĩ cực, độ dẫn điện cịn phụ thuộc vào sự phân ly của các phân tử bản thân chất lỏng. Vì vậy điện mơi lỏng cĩ cực bao giờ cũng cĩ độ dẫn lớn hơn so với điện mơi lỏng khơng cực.
Khi hằng số điện mơi tăng thì độ dẫn cũng tăng. Khử các tạp chất cĩ chứa trong điện mơi lỏng sẽ làm giảm độ dẫn điện và tăng điện trở suất của nĩ.
Khi nhiệt độ tăng, độ linh hoạt của các ion tăng, mức độ phân ly tăng nên điện dẫn suất của điện mơi lỏng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, nĩ tăng theo hàm mũ:
Aexp (-a/T) với a, A là hằng số phụ thuộc vào điện mơi.
Trong điện trường mạnh E =100 MV/m, theo thực nghiệm dịng điện khơng tăng tuân theo định luật Ohm nữa, do số ion chuyển động đến điện cực tăng lên mạnh mẽ. * Tính dẫn điện của điện mơi rắn
Độ dẫn điện trong điện mơi rắn là do cĩ sự dịch chuyển các ion bản thân điện mơi, ion tạp chất và do các điện tử tự do. Trong điện mơi rắn cĩ cấu tạo ion, độ dẫn điện được xác định chủ yếu do sự di chuyển của các ion đã được giải phĩng bởi ảnh hưởng của dao động nhiệt.Nếu dịng điện là sự chuyển dịch của nhiều ion thì
=∑ exp(− ) kT E A i σ E (V/m) J (A/m2)
Hình 4.6 Quan hệ giữa cường độ điện trường và mật độ dịng điện trong điện mơi khí.
Ở đĩ Ei là tổng các năng lượng để giải phĩng ion và năng lượng di chuyển nĩ từ một trạng thái này sang trạng thái khác; A: hằng số.
Với lượng tạp chất N khác nhau, điện dẫn suất của chúng cũng khác nhau.(H3.8) * Tính dẫn điện mặt của điện mơi rắn
Nguyên nhân do sự tồn tại trên bề mặt điện mơi độ ẩm hay bụi bẩn. Nước là một điện mơi lỏng cĩ cực tính, điện trở suất thấp nên một lớp màng cực mỏng trên bề mặt điện mơi làm cho điện dẫn suất mặt của điện mơi tăng nhanh. Độ ẩm tương đối của mơi trường là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng tới điện dẫn suất mặt của điện mơi (γ tăng mạnh khi độ ẩm tương đối vượt quá 70%).
Điện mơi cĩ cực hịa tan trong nước một phần sẽ tạo điều kiện cho tạp chất bẩn bám lên bề mặt điện mơi làm điện dẫn suất mặt tăng. Điện mơi cĩ cực cĩ điện dẫn suất mặt cao hơn nhiều so với điện mơi khơng cực bề mặt khơng bám nước.
So sánh sự phân cực và sự dẫn điện của điện mơi:
-Khi phân cực cĩ sự chuyển dịch liên kết với một phân tử của vật chất, khơng thể đi quá giới hạn của phân tử đĩ. Cịn sự dẫn điện là sự chuyển động của các điện tích trên khoảng cách dài xuyên thấu qua độ dày điện mơi từ điện cực này đến điện cực kia.
-Phân cực cĩ vị trí trong tất cả các phân tử các phần tử của điện mơi. Sự dẫn điện là do một lượng tạp chất khơng lớn tham gia. Nếu điện mơi cực sạch thì sự dẫn điện rất yếu. Phân cực là sự chuyển dịch trong khơng gian một số lượng lớn điện tích nhưng trên khoảng cách cực ngắn.
-Sự chuyển dịch các điện tích trong phân cực cĩ thể xem như là dịch chuyển của điện tích cĩ đàn hồi. Nếu ngừng tác động của điện áp lên điện mơi thì các điện tích cĩ xu hướng quay về trạng thái ban đầu cịn sự dẫn điện thì khơng cĩ hiện tượng này.
-Dịng điện dẫn tồn tại trong suốt thời gian đặt điện áp 1 chiều lên điện mơi, cịn dịng điện do phân cực (dịng điện dung ) chỉ tồn tại ở thời điểm đĩng ngắt điện áp 1 chiều. Dịng điện dung chỉ tồn tại lâu dài khi điện áp xoay chiều tác động lên điện mơi.