Xem mẫu
- Giáo trình
Vật Liệu điện
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
L I NÓI U
Trong b t kỳ m t ngành s n xu t nào thì nguyên v t li u gi m t vai trò
vô cùng quan tr ng, nh t là i v i s phát tri n v i t c chóng m t c a khoa
h c k thu t thì nó òi h i ph i có nh ng v t li u m i áp ng ư c nhu c u
ph c v cho s phát tri n.
c bi t i v i ngành k thu t i n thì v t li u l i gi m t vai trò quy t
nh n s phát tri n c a ngành. Vì n u không có v t li u cách i n, v t li u
d n t ... thì không th ch t o m t lo i thi t b i n nào dù là ơn gi n nh t.
V i m t vai trò quan tr ng như v y và xu t phát t yêu c u, k ho ch ào
t o, chương trình môn h c c a Trư ng Cao ng Ngo i ng - Công ngh Vi t
Nh t. Chúng tôi ã biên so n cu n giáo trình V t li u i n g m 6 chương v i
nh ng n i dung cơ b n sau:
Nh ng lý thuy t cơ b n c a v t li u i n.
-
Nguyên nhân các hi n tư ng v t lý x y ra trong v t li u i n.
-
Phân lo i v t li u i n.
-
Nh ng c tính ch y u c a v t li u i n.
-
Giáo trình V t li u i n ư c biên so n ph c v cho công tác gi ng d y
c a giáo viên và là tài li u h c t p c a h c sinh.
Do chuyên môn và th i gian có h n nên không tránh kh i nh ng thi u sót,
v y r t mong nh n ư c ý ki n óng góp c a ng nghi p và b n oc cu n
sách t ch t lư ng cao hơn.
TÁC GI
3
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng I: Sù ph©n cùc ®iÖn m«i
I. cÊu t¹o vËt chÊt
VËt chÊt ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c h¹t c¬ b¶n: Proton, Notron v ®iÖn tö. Proton
mang ®iÖn tÝch d−¬ng, ®iÖn tö mang ®iÖn tÝch ©m cßn Notron kh«ng mang ®iÖn
tÝch.
H¹t nh©n nguyªn tö cÊu t¹o bëi Proton v Notron, c¸c ®iÖn tö lÊp ®Çt líp
vá nguyªn tö l m c©n b»ng ®iÖn tÝch d−¬ng cña h¹t nh©n.
Trong nguyªn tö, ®iÖn tö chØ cã thÓ chuyÓn ®éng trªn nh÷ng quü ®¹o x¸c
®Þnh, khi quay trªn quü ®¹o ®ã n¨ng l−îng ®−îc b¶o to n. Mçi quü ®¹o øng víi
mét møc n¨ng l−îng. Quü ®¹o gÇn h¹t nh©n øng víi møc n¨ng l−îng thÊp, quü
®¹o xa h¹t nh©n øng víi møc n¨ng l−¬ng cao h¬n.
Khi ®iÖn tö chuyÓn tõ quü ®¹o n y sang quü ®¹o kh¸c th× hÊp thô hay gi¶i
phãng n¨ng l−îng. C¸c nguyªn tö liªn kÕt víi nhau t¹o th nh ph©n tö. Nguyªn tö
mÊt mét ®iÖn tö trë th nh ion d−¬ng. nguyªn tö nhËn ®−îc thªm mét ®iÖn tö sÏ
trë th nh ion ©m. c¸c chÊt láng, r¾n, khÝ cã thÓ ®−îc cÊu t¹o tõ nguyªn tö hay
ph©n tö hay ion.
1. C¸c d¹ng liªn kÕt vËt chÊt.
a) Liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ
L sù liªn kÕt cña mét sè nguyªn tö th nh ph©n tö nhë c¸c ®iÖn tö gãp
chung.
VÝ dô: O2, H2, Cl2 sù liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ l m cho líp ®iÖn tö ë ngo i cïng
®−îc lÊp ®Çy, nªn rÊt v÷ng ch¾c, nã khã cã thÓ mÊt hoÆc nh©n thªm ®iÖn tö. VËy
c¸c chÊt cã cÊu t¹o theo kiÓu liªn kÕt n y thuéc lo¹i vËt liÖu c¸ch ®iÖn tèt.
Trong liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ ®−îc chia ra l m hai phÇn:
- Liªn kÕt trung tÝnh: L liªn kÕt ®ång ho¸ rÞ cã t©m cña c¸c ®iÖ tÝch d−¬ng
trïng víi t©m ®iÖn tÝch ©m.
VÝ dô: LÊy cÊu tróc cña ph©n tö Cl l m vÝ dô: Ph©n tö n y gåm hai nguyªn
tö Cl.
= = Cl
Cl
+ Cl Cl
Cl
Cl
Ph©n tö Cl cã hai ®iÖn tö gãp chung nh− vËy nguyªn tö Cl sÏ cã thªm mét
®iÖn tö ë líp ngo i, tæng cã 8 ®iÖn tö líp ngo i nªn rÊt bÒn v÷ng.
4
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
- Liªn kÕt cùc tÝnh (l−ìng tÝnh): L liªn kÕt khi cã t©m ®iÖn tÝch d−¬ng
c¸ch t©m ®iÖn tÝch ©m mét kho¶ng l a n o ®ã.
VÝ dô: HCl (Axit Clohy®ric).
+ =
H Cl H Cl
b) Liªn kÕt ion
L liªn kÕt do lùc hót gi÷a c¸c ion d−¬ng v c¸c ion © víi nhau, lo¹i liªn
kÐt n y cã søc bÒn ch¶y cao v c¬ giíi cao.
NaCl = Na+ + Cl-
VÝ dô:
c) Liªn kÕt Van - ®ec – van.
Lo¹i liªn kÕt n y th−êng gÆp ë lo¹i vËt liÖu cã m¹ng tinh thÓ kh«ng v÷ng
ch¾c, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp nh− Parafin.
2. ThuyÕt miÒn n¨ng l−îng
2 2 2
1. MiÒn ®Çy
3 3
2. MiÒn dÉn (rçng)
3. MiÒn cÊm
1 1 1
TÊt c¶ c¸c vËt thÓ tuú theo tÝnh chÊt dÉn ®iÖn cña nã cã thÓ n»m trong
nhãm vËt dÉn, b¸n dÉn hoÆc ®iÖn m«i. Sù kh¸c nhau gi÷a c¸c nhãm ®−îc biÓu thÞ
b»ng ®å thÞ n¨ng l−îng theo lý thuyÕt cña c¸c miÒn n¨ng l−îng cña vËt r¾n.
- MiÒn ®Çy: Cã nhiÒu ®iÖn tö, sù liªn kÕt gi÷a ®iÖn tö v h¹t nh©n l bÒn
v÷ng, t−¬ng øng víi nguyªn tö tr¹ng th¸i kh«ng bÞ kÝch thÝch.
- MiÒn dÉn: Cã nhiÒu ®iÖn tö tù do, c¸c ®iÖn tö liªn kÕt yÕu víi h¹t nh©n,
nã dÔ bÞ chuyÓn ®éng d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng (t−¬ng øng víi nguyªn tö bÞ
kÝch thÝch).
- MiÒn cÊm: §iÖn tö tù do kh«ng cã ë miÒn n y.
a) VËt dÉn
Cã miÒn ®Çy n»m s¸t víi miÒn dÉn do ®ã ®iÖn tö trong kim lo¹i ®−îc tù
do, nã cã thÓ chuyÓn ®éng tõ miÒn ®Çy sang miÒn dÉn d−íi t¸c dông cña c−êng
®é ®iÖn tr−êng (E) yÕu ®Æt v o vËt dÉn.
b) B¸n dÉn
5
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Cã miÒn cÊm hÑp, vïng n y cã thÓ kh¾c phôc ®−îc nhê t¸c dông cña n¨ng
l−¬ng tõ bªn ngo i v o c¸c ®iÖn tö ë vïng ®Çy cã thÓ chuyÓn ®éng sang vïng
dÉn ®−îc do vËy vËt dÉn cã thÓ dÉn ®iÖn.
c) §iÖn m«i
Cã miÒn cÊm lín, c¸c ®iÖn tö khã cã thÓ chuyÓn ®éng tõ miÒn ®Çy sang
miÒn dÉn ®−îc. Do ®ã ®iÖn m«i muèn trë th nh vËt dÉn ph¶i cã tõ tr−êng E
m¹nh ë ngo i t¸c dông v o.
II. sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i
§iÖn m«i l tÊt c¶ c¸c vËt liÖu c¸ch ®iÖn, nã tån t¹i ë c¸c tr¹ng th¸i: KhÝ,
láng, r¾n. Mét hiÖn t−îng c¬ b¶n ph¸t sinh trong m«i chÊt khi ®Æt v o nã trong
®iÖn tr−êng ®ã l hiÖn t−îng ph©n cùc.
Sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i l sù chuyÓn dÞch cã h−íng v cã giíi h¹n cña
c¸c ®iÖn tÝch hoÆc sù ®Þnh h−íng tõng phÇn cña c¸c ph©n tö l−ìng cùc.
C¸c ®¹i l−îng ph©n cùc l :
p( γ ) : §iÖn trë suÊt, ®iÖn dÉn suÊt
: H»ng sè ®iÖn m«i
ε
δ (hoÆc tg δ ) : Gãc tæn hao ®iÖn m«i
Ect : C−êng ®é ®iÖn tr−êng chäc thñng
1. HiÖn t−îng ph©n cùc
a) Ph©n tö trung tÝnh
Bình thư ng Khi có i n trư ng tác d ng
----------
+++++++
6
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
b) Phân t c c tính (lư ng c c)
Bình thư ng Khi có i n trư ng tác d ng
+++++++
+
+
-
+
+
-
- -
-
+
+
-
+++++++
D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng, c¸c ®iÖn tÝch liªn kÕt cña ®iÖn m«i bÞ xoay
theo h−íng cña lùc t¸c dông v o nã, c−êng ®é ®iÖn tr−êng c ng m¹nh, ®iÖn tÝch
chuyÓn h−íng c ng m¹nh. §iÖn tÝch d−¬ng chuyÓn dÞch theo h−íng chuyÓn dÞch
cña ®iÖn tr−êng t¸c dông, cßn ®iÖn tÝch ©m th× chuyÓn dÞch theo h−íng ng−îc lai.
Khi kh«ng cßn ®iÖn tr−êng t¸c dông n÷a th× c¸c ®iÖn tÝch l¹i quay trë vÒ tr¹ng
th¸i ban ®Çu.
Trong ®iÖn m«i l−ìng cùc t¸c dông cña ®iÖn tr−êng g©y nªn sù ®Þnh h−íng
t−¬ng øng c¸c phÇn tö l−ìng cùc kÕt qu¶ l trªn bÒ mÆt cña ®iÖn m«i h×nh th nh
nh÷ng líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu nhau, ë mÆt h−íng vÒ ®iÖn cùc d−¬ng xuÊt hiÖn líp
®iÖn tÝch ©m, cßn ë mÆt h−íng vÒ ®iÖn tÝch ©m th× xuÊt hiÖn líp ®iÖn tÝch d−¬ng
lóc n y sù ph©n cùc ® xong. Khi ®iÖn m«i ®ã l mét tô ®iÖn ®−îc tÝch ®iÖn.
2. HÖ sè ®iÖn m«i (ε)
ý nghÜa cña ®iÖn m«i: L mét ®¹i l−îng ®¸nh gi¸ sù ph©n cùc m¹nh hay
yÐu cña chÊt ®iÖn m«i.
XÐt ®iÖn m«i bÊt kú cã g¾n c¸c ®iÖn cùc ®−îc c¾m v o m¹ch ®iÖn ®Òu cã
thÓ xem nh− l mét tô ®iÖn cã ®iÖn dung x¸c ®Þn nh− ta biÕt, ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn
sÏ l :
Q = C.U (1.1)
Trong ®ã: C l ®iÖn dung cña tô
U l ®iÖn ¸p ®Æt v o tô ®iÖn.
§iÖn tÝch Q ë trÞ sè ®iÖn ¸p cho tr−íc gåm hai th nh phÇn:
Q = Q0 + Q’ (1.2)
Q0 L th nh phÇn cã ë ®iÖn cùc nÕu nh− gi÷a c¸c cùc l ch©n kh«ng
Q’ L th nh phÇn t¹o nªn bëi sù ph©n cùc ®iÖn m«i gi÷a c¸c ®iÖn cùc
7
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng nhÊt c¶u ®iÖn m«i cs ý nghÜa ®Æc biÖt
®èi víi kü thuËt l h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi. §¹i l−îng n y l tû sè gi÷a ®iÖn
tÝch Q cña tô ®iÖn chÕ t¹o tõ lo¹i ®iÖn m«i Êy khi ®iÖn ¸p ®Æt v o cã mét gi¸ trÞ
n o ®ã víi Q0 l ®iÖn tÝch cña tô cïng kÝch th−¬c ®Æt d−íi ®iÖn ¸p cïng trÞ sè
nh−ng gi÷a c¸c ®iÖn cùc l ch©n kh«ng.
Q Q'+ Q 0 Q'
Q
(1.3)
+1
ε= = = =
Q0 Q0 Q0 Q0
Tõ biÓu thøc (1.3) ta sÏ suy ra ®−îc h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi cña bÊt kú
chÊt n o còng lín h¬n 1 v chØ b»ng 1 khi ®iÖn m«i l ch©n kh«ng.
CÇn chó ý r»ng gi¸ tÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng phô thuéc v o hÖ
sè ®¬n vÞ. Trong hÖ CGDE nã b»ng 1 cßn trong hÖ SI nã b»ng:
1
(F )
ε=
36π6π. 9 m
Gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi cña mét chÊt bÊt kú kh«ng phô thuéc
v o viÖc lùa chän hÖ ®¬n vÞ.
Trong nh÷ng phÇn tiÕp theo chÝnh ®¹i l−îng h»ng sè ®iÖn méi n y dïng ®Ó
®Æc tr−ng cho chÊt l−îng cña ®iÖn m«i, nh−ng ®Ó ng¾n gän ta bá bít ch÷ “t−¬ng
®èi”.
Nh− vËy quan hÖ 1.1 cã thÓ biÓu diÔn d−íi d¹ng ph−¬ng tr×nh:
Q = Q0ε = C.U = C0.U.ε (1.4)
Trong ®ã: C0: §iÖn dung cña tô ®iÖn ®ã khi gi÷a c¸c ®iÖn cùc l ch©n
kh«ng. Tõ (1.4) râ r ng h»ng sè ®iÖn m«i cña ε cña mét chÊt n o ®ã cã thÓ ®−îc
x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a ®iÖn dung cña tô ®iÖn cã ®iÖn m«i l chÊt ®ã víi ®iÖn
dung cña tô ®iÖn cïng kÝch th−íc nh−ng méi l ch©n kh«ng.
C
ε=
C0
VËy ta ®Þnh nghÜa: H»ng sè ®iÖn m«i cña mét chÊt ®iÖn m«i n o ®ã ®−îc
x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a ®iÖn dung cña tô ®iÖn cã ®iÖn m«i l m b»ng chÊt ®ã v
®iÖn dung cña tô ®iÖn cã cïng kÝch th−íc nh−ng ®iÖn m«i l ch©n kh«ng.
III. C¸c d¹ng ph©n cùc cña ®iÖn m«i
Dùa trªn nguyªn t¾c vÒ th nh phÇn, ®Æc ®iÓm hoÆc thêi gian cña sù ph©n
cùc ng−êi ta chia ph©n cùc ra c¸c d¹ng sau:
1. Theo c¸c lo¹i phÇn tö tÝch ®iÖn tham gia v o qu¸ tr×nh ph©n cùc.
a) Ph©n cùc ®iÖn tö
8
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
L d¹ng ph©n cùc do sù xª dÞch cã giíi h¹n cña c¸c quü ®¹o chuyÓn ®éng
cña c¸ ®iÖn tö d−íi d¹ng cña ®iÖn tr−êng bªn ngo i. Ph©n cùc ®iÖn tö x¶y ra ë tÊt
c¶ c¸c nguyªn tö, ph©n tö, ion. §Æc ®iÓm cña d¹ng ph©n cùc n y nã cã thêi gian
æn ®Þnh ph©n cùc v« cïng ng¾n 10-14 ÷ 10-13s.
b) Ph©n cùc ion
L d¹ng ph©n cùc g©y nªn bëi sù xª dÞch cña c¸c ion liªn kÕt cña c¸c chÊt
®iÖn m«i d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i thêi gian æn ®Þnh ph©n cùc 10-13 ÷
10-12s.
c)Ph©n cùc l−ìng cùc
L d¹ng ph©n cùc g©y nªn bëi sù ®Þnh h−íng c¸c ph©n tö cã cù tÝnh d−íi
t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i.
d) Ph©n cùc kÕt cÊu
L lo¹i ph©n cùc x¶y ra trong c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu kh«ng ®ång
nh©t. Trong gianh giíi gi÷a hai m«i tr−êng kh¸c nhau cña chÊt ®iÖn m«i sÏ tÝch
luü mét l−îng ®iÖn tÝch g©y ra sù ph©n cùc, qu¸ tr×nh n y kÐo d i h ng phót ®Õn
h ng giê.
e) Ph©n cùc tù ph¸t
L d¹ng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn m«i Xec – nhet. Nã cã ®Æc ®iÓm l tù ph©n
cùc khi E ngo i b»ng 0.
D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i dÉn tíi ph©n cùc rÊt m¹nh, ε cao cã
tiªu tÇn n¨ng l−îng.
2. Theo c¸c d¹ng t¸c dông cã c¸c d¹ng sau:
a) Ph©n cùc ® n håi
L d¹ng ph©n cùc x¶y ra do biÕn d¹ng ® n h«i cña c¸c ph©n tö. Ph©n cùc
®iÖn tö v ph©n cùc ion l c¸c ph©n cùc ® n håi.
b) Ph©n cùc nhiÖt
L d¹ng ph©n cùc m ®iÖn m«i cã m«men c¶m øng d−íi t¸c dông cña bªn
ngo i do sù ph©n bè kh«ng ®èi xøng cña c¸c ®iÖn tÝch khi chóng ë tr¹ng th¸i
chuyÓn ®éng nhiÖt.
3. Theo vËn tèc ph©n cùc
Chia ra c¸c d¹ng sau:
a) Ph©n cùc nhanh: Gåm c¸c ph©n cùc ®iÖn tö, ion (kh«ng to¶ nhiÖt)
b) Ph©n cùc chËm: Nh− ph©n cùc kÕt cÊu, thêi gian x¶y ra ph©n cùc kÐo
d i (cã sù tæn thÊt n¨ng l−îng).
9
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
4. S¬ ®å ®¼ng trÞ cña ®iÖn m«i
Sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i cã thÓ x¶y ra nhiÒu lo¹i ph©n cùc trong ®iÖn m«i
®ã hoÆc cã lo¹iu ®iÖn m«i chØ ph©n cùc ë lo¹i n y hoÆc lo¹i kh¸c. ®Ó biÓu thÞ c¸c
lo¹i ph©n cùc cña ®iÖn m«i ta dïng s¬ ®å ®¼ng trÞ.
Rlcc Ric Rcc Rkc Rtp
Rcd
U Q0 Qc Qi Qlcc Qic Qcc Qkc Qtp
C0 Cc Ci Clcc Cic Ccc Ckc Ctp
Trong ®ã:
- Nh¸nh Q0 v C0 ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ch©n kh«ng.
- Nh¸nh Qc v Cc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ®iÖn tö.
- Nh¸nh Qi v Ci ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ion d−íi t¸c dông cña ®iÖn
tr−êng (E) c¸c ion cña ®iÖn m«i sÏ chuyÓn dÞch.
- Nh¸nh Qlcc v Clcc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc l−ìng cùc chËm d−íi t¸c
dông cña E c¸c ph©n tö l−ìng cùc sÏ xoay theo h−íng cña ®iÖn tr−êng. Do ®ã sù
ph©n cùc n y cã tiªu hao n¨ng l−îng nªn trong s¬ ®å ®iÖn dung C ®−îc nèi tiÕp
víi ®iÖn trë, ®iÖn trë R n y ®Æc tr−ng cho sù tiªu hao n¨ng l−îng cho sù ph©n
cùc g©y ra.
- Nh¸nh Qic, Cic v Ric ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ion chËm, lo¹i n y cã
c¸c ion liªn kÕt yÕu trong m¹ng tinh thÓ sÏ chuyÓn dÞch khi cã ®iÖn tr−êng t¸c
dông.
- Nh¸nh Qic, Cic v Ric ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc chËm.
- Nh¸nh Qkc, Ckc v Rkc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc kÕt cÊu, lo¹i ph©n cùc
n y chØ x¶y ra ®èi víi c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu kh«ng ®ång nhÊt.
- Nh¸nh Qtp, Ctp v Rtp ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc tù ph¸t, lo¹i n y x¶y ra
®èi víi c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu ion gäi l ®iÖn m«i Xe – NhÝt. Sù ph©n
cùc tù ph¸t kÌm theo khuÕch t¸n n¨ng l−îng ®¸ng kÓ tøc l táa nhiÖt.
- Nh¸nh cã Rcd l ®iÖn trë c¸ch ®iÖn ®Æc tr−ng bëi dßng ®iÖn rß qua ®iÖn
m«i.
10
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
IV. hÖ sè ®iÖn m«i cña c¸c lo¹i m«i chÊt
1. H»ng sè ®iÖn m«i cña ®iÖn m«i khÝ
C¸c chÊt khÝ cã ®Æc ®iÓm l mËt ®é rÊt bÐ, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö
lín. Nhê ®ã sù ph©n cùc chÊt khÝ kh«ng ®¸ng kÓ v h»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt
khÝ gÇn b»ng 1. Sù ph©n cùc cña chÊt khÝ cã thÓ l thuÇn tuý ®iÖn tö hoÆc l−ìng
cùc nÕu ph©n tö khÝ ®ã cã cùc tÝnh. Nh−ng ngay ®èi víi khÝ cã cùc tÝnh, sù ph©n
cùc ®iÖn tö vÉn cã ý nghÜa chñ yÕu.
2. H»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt láng
So víi m«i chÊt khÝ m«i chÊt láng cã kÕt cÊu phøc t¹p h¬n nhiÒu nªn qu¸
tr×nh ph©n cùc trong chÊt láng còng phøc t¹p h¬n, do ®ã ta cã thÓ ph©n l m hai
lo¹i moi chÊt láng sau:
a) M«i chÊt láng trung tÝnh (DÇu M¸y biÕn ¸p, Benzen...)
Trong m«i chÊt n y chñ yÕu xuÊt hÖn lo¹i ph©n cùc tøc thêi, trÞ sè ε≤ 2,5
VÝ dô: DÇu M¸y biÕn ¸p ε = 2,2
DÇu Benzen ε = 2,48
§èi víi chÊt láng trung tÝnh th× ε phô thuéc v o nhiÖt ®é (h×nh vÏ 4.1) cßn
tÇn sè l¹i kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ε.
ε ε
0 0
0 0
t s«i t f
H×nh vÏ 4.1
b) M«i chÊt láng cã cùc tÝnh
M«i chÊt láng n y cã kÕt cÊu l nh÷ng ph©n tö kh«ng trung ho vÒ ®iÖn
hoÆc kÕt cÊu l−ìng cùc.
VÝ dô: N−íc cÊt, dÇu thÇu dÇu, s¬n S«n v«...
Tªn gäi chÊt láng ε ë t0 = 200C v f = 50Hz
ThÇu dÇu 4,5
X« v«n 5,0
* XÐt quan hÖ cña ε víi nhiÖt ®é: ε = f(t)
11
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
- Khi nhiÖt dé t¨ng ®Õn t1 th× ε t¨ng nh−ng t¨ng chËm, tiÕp tôc t¨ng ®Õn
nhiÖt ®é t2 th× ε t¨ng nhanh
- NÕu t¨ng nhiÖt ®é t0 > t02 th× ε gi¶m, nh− vËy ®−êng biÕn thiªn cã mét
®iÓm cùc ®¹i øng víi ®iÖn m«i láng ë tr¹ng th¸i vËt lý cùc tÝnh. Tr¹ng th¸i vËt lý
®ã l do sù céng h−ëng cña hai dao ®éng do nhiÖt v do ®iÖn tr−êng t¸c ®éng (do
c¶n trë cña nhiÖt ®é l m cho sù ph©n cùc khã kh¨n v× vËy khi t0 t¨ng sÏ l m cho
ε gi¶m).
* XÐt quan hÖ cña ε víi tÇn sè: ε = f(ω) hoÆc ε = F(f)
Ta thÊy ε gi¶m v× f thay ®æi tøc l khi f t¨ng th× sù xoay h−ín cña c¸ ph©n
tö l−ìng cùc c ng khã kh¨n. NÕu f t¨ng ®Õn gi¸ trÞ giíi h¹n n o ®ã th× sù ph©n
cùc trë lªn kh«ng ho n th nh v ε gi¶m.
ε ε
εmax
εlc
ε
0 0
t0
t01 t02 f
3. H»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt r¾n
a) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu ph©n tö trung tÝnh (Parafin, l−u huúnh..) v c¸c
m«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu tinh thÓ chÆt chÏ (NaCl, Al2O3).
Lo¹i m«i chÊt n y cã kÕt cÊu trung tÝnh v kÕt cÊu ion chÆt chÏ nªn chØ cã
ph©n cùc tøc thêi cña ®iÖn tö ion.
Tªn gäi vËt liÖu HÖ sè khóc x¹ n2 ε
Parafin 1,43 2,06 1,9 ÷ 2,2
Polistirol 1,55 3,4 2,4 ÷ 2,6
L−u huúnh 1,92 3,60 3,6 ÷ 4,0
Kim c−¬ng 2,40 5,76 5,6 ÷ 5,8
* XÐt khi nhiÖt ®é t¨ng
- Víi m«i chÊt cã kÕt cÊu ph©n tö trung tÝnh (vÝ dô: Parafin) ta thÊy trÞ sè ε
gi¶m do mËt ®é ph©n tö gi¶m ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña m«i chÊt th× ε c ng
gi¶m xuèng m¹nh, v× mËt ®é ph©n tö løc ®ã cã sù gi¶m nh¶y vät (vÝ dô Parafin
cã nhiÖt ®é nãng ch¶y ë t0 = 500C).
12
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
- M«i chÊt cã kÕt cÊu ion chÆt chÏ. Khi nhiÖt ®é t¨ng th× kh¶ n¨ng cùc ho¸
t¨ng h¬n sù gi¶m cña mËt ®é ph©n tö do vËy m ε t¨ng.
b) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu tinh thÓ yÕu (tøc kÕt cÊu ion kh«ng chÆt chÏ)
M«i chÊt cã kÕt cÊu cùc tÝnh (nh− vËt liÖu Xenlul«, cao su, cao ph©n tö....)
ngo i ph©n cùc tøc thêi cßn cã thÓ cã sù ph©n cùc chËm. Do ®ã quan hÖ phô
thuéc cña ε víi niÖt ®é v tÇn sè còng gièng nh− m«i chÊt láng cùc tÝnh.
c) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu phøc t¹p
§©y l m«i chÊt th−êng gÆp trong thùc tÕ. KÕt cÊu cña nã gåm nhiÒu th nh
phÇn cã trÞ sè ε kh¸c nhau.
TrÞ sè ε cña lo¹i m«i chÊt n y ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh− sau:
εx = θ1εx1 + θ2εx2
Trong ®ã: ε, ε1 v ε2 t−¬ng øng víi h»ng sè ®iÖn m«i cña hçn hîp v cña
c¸c th nh phÇn riªng
θ1, θ2: Nång ®é theo thÓ tÝch cña c¸c th nh phÇn tho¶ m n biÓu thøc
θ1+ θ2 = 1
x: H»ng sè ®Æc tr−ng cho sù ph©n bè cña c¸c th nh phÇn v gi¸ trÞ
tõ +1→-1.
- Khi m¾c nèi tiÕp c¸c th nh phÇn x = -1 ta cã:
1 θ1 θ 2
=+
ε ε1 ε 2
- Khi m¾c song song c¸c th nh phÇn x = -1 biÓu thøc cã d¹ng:
ε = θ1ε1 + θ2ε2
13
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng II: TÝnh dÉn ®iÖn cña ®iÖn m«i
I. §Æc ®iÓm cña ®iÖn m«i trong ®iÖn tr−êng
Khi c¸c ®iÖn m«i n»m trong ®iÖn tr−êng khi chÞu t¸c dông cña mét c−êng
®é ®iÖn tr−êng E, trong tr−êng hîp ®ång nhÊt th× E ®−îc x¸c ®Þnh:
U
E=
h
Trong ®ã: E: §iÖn ¸p ®Æt lªn hai ®iÓm cùc
h: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm cùc
§iÖn m«i ®Æt d−íi ®iÖn tr−êng th× x¶y ra hiÖn t−îng c¬ b¶n ®ã l sù dÉn
®iÖn cña ®iÖn m«i v sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i.
§iÖn dÉn cña ®iÖn m«i ®−îc x¸c ®Þnh bëi sù chuyÓn ®éng cã h−íng cña
c¸c ®iÖn tÝch tù do tån t¹i trong ®iÖn m«i (c¸c ®iÖn tÝch tù do cã thÓ l ®iÖn tö
,ion hoÆc c¸c nhãm phÇn tö mang ®iÖn).
D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng: F = E.q (N)
Trong ®ã: q: §iÖn tÝch cña c¸c phÇn tö mang ®iÖn tù do. C¸c ®iÖn tÝch
(+) chuyÓn ®éng theo chiÒu cña E v ng−îc l¹i dÉn ®Õn trong ®iÖn m«i xuÊt hiÖn
mét dßng ®iÖn. TrÞ sè cña dßng ®iÖn phô thuéc v o mËt ®é c¸c ®iÖn tÝch tù do
trong ®iÖn m«i. Trong ®iÖn m«i tån t¹i rÊt Ýt c¸c ®iÖn tö tù do cßn l¹i l c¸c ®iÖn
tÝch cã liªn kÕt chÆt chÏ nªn d−íi t¸c dông cña lùc ®iÖn tr−êng chóng kh«ng thÓ
chuyÓn doäng xuyªn suèt ®iÖn m«i ®Ó t¹o th nh dßng ®iÖn m chØ cã thÓ xª dÞch
rÊt Ýt hoÆc xoay h−íng theo chiÒu cña ®iÖn tr−êng.
Qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn v ph©n cùc mét phÇn n¨ng l−îng bÞ tiªu hao v to¶ ra
d−¬Ý d¹ng nhiÖt n¨ng dÉn ®Õn ®iÖn m«i nãng lªn ®ã l sù tæn hao ®iÖn m«i l©u
d i dÉn ®Õn ®iÖn m«i bÞ l o ho¸.
II. Kh¸i niÖm chung vÒ ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i
VÒ gi¸ trÞ dßng ®iÖn ch¹y qua ®iÖn m«i b»ng E
tæng ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng qua mét tiÕt diÖn vu«ng
gãc trong mét ®¬n vÞ diÖn tÝch thêi gian.
S
XÐt mét m« h×nh ®iÖn m«i cã d¹ng h×nh trô cã
tiÕt diÖn vu«ng gãc l S chiÒu d i bõng vËn tèc
l=V
chuyÓn ®éng trung b×nh cña c¸c phÇn tö trong mét
thêi gian x¸c ®Þnh V chiÒu cña ®iÖn tr−êng trïng víi trôc h×nh trô.
14
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Gi¶ thiÕt diÖn tÝch chøa trong ®iÖn m«i l n v mçi phÇn tö cã ®iÖn tÝch l
q. D−íi t¸c dông cña E sau mét ®¬n vÞ thêi gian th× c¸c ®iÖn tÝch tù do chuyÓn
®éng qua hÕt tiÕt diÖn S. Tæng ®iÖn tÝch qua S b»ng tæng ®iÖn tÝch chøa trong thÓ
tÝch h×nh trô.
Nh− vËy dßng qua ®iÖn m«i l :
I = Q = q.n.v = q.n.s.V (A) (1.2)
HoÆc I = J.S (J = q.n. V )
J l mËt ®é dßng ®iÖn A/m2. Tøc l tæng ®iÖn tÝch chuyÓn
Trong ®ã:
®éng qua mét ®¬n vÞ ®iÖn tÝch c¸c tiÕt diÖn vu«ng gãc trong
mét ®¬n vÞ thêi gian.
q: L ®iÖn l−îng cña ®iÖn tÝch
n: l mËt ®é cña ®iÖn tÝch
V : VËn tèc trung b×nh cña c¸c ®iÖn tÝch
1. §iÖn dÉn ®iÖn tö (dßng chuyÓn dÞch)
Th nh phÇn mang ®iÖn tÝch l c¸c ®iÖn tö, lo¹i ®iÖn dÉn n y cã trong tÊt c¶
c¸c ®iÖn m«i. C¸c ®iÖn tö kh«ng ph¶i l nh÷ng h¹t ®¹i diÖn cho mét nguyªn tè
ho¸ häc n o c¶ nªn trong ®iÖn dÉn ®iÖn tö kh«ng x¶y ra sù chuyÓn rêi vËt chÊt v
kh«ng thay ®æi cña ®iÖn m«i.
2. §iÖn dÉn ion
C¸c th nh phÇn mang ®iÖn l c¸c ion d−¬ng (+) v ion ©m (-), kh¸c víi
®iÖn tö c¸ ion mang ®Çy ®ñ tÝnh chÊt cña mét nguyªn tè ho¸ häcm nªn trong
®iÖn dÉn ion cã sù chuyÓn rêi vËt chÊt c¸c ion d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng dÉn
®Õn chuyÓn rêi vÒ hai ®iÖn cùc bÞ trung ho v tÝch luü dÉn trªn hai ®iÖn cùc,
gièng nh− qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n.
3. §iÖn dÉn di (dßng ®iÖn dß)
§iÖn dÉn di l cßn gäi l ®iÖn dÉn Molion, th nh phÇn mang ®iÖn l c¸c
nhãm, c¸c phÇn tö tÝch ®iÖn, c¸c t¹p cÊt tån t¹i trong chÊt ®iÖn m«i.
ë tr¹ng th¸i c©n b»ng trong chÊt ®iÖn m«i cã sù trao ®æi liªn tôc gi÷a ®iÖn
tÝch cña ®iÖn m«i v ®iÖn tÝch cña nguån dÉn ®Õn dßng ®iÖn qua ®iÖn m«i l
kh«ng thay ®æi v ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i còng kh«ng ®«i rheo thêi gian. §ã l
tr¹ng th¸i b¶o to n ®iÖn tÝch cña ®iÖn m«i.
15
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
III. ®iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i khÝ
Trong c¸c chÊt khÝ mËt ®é ph©n rö rÊt nhá kho¶ng c¸ch gi÷a chóng l¹i lín
cho nªn lùc t−¬ng t¸c gi÷a chóng rÊt nhá trong chÊt khÝ lu«n tån t¹i mét sè Ýt c¸c
®iÖn tÝch tù do, chóng l kÕt qu¶ qu¸ tr×nh ion ho¸.
MÆc dï trong qu¸ tr×nh ®iÖn m«i khÝ lu«n x¶y ra qu¸ tr×nh ion ho¸ tù nhien
nh−ng v× lu«n cã mét sè l−îng ®iÖn tÝch tù do nhÊt ®Þnh dÉn ®Õn sù ion ho¸ c¸c
t¸c hîp c©n b»ng nhau (sè ®iÖn tÝch xuÊt hiÖn do ion ho¸ c©n b»ng víi sè ®iÖn
tÝch bÞ t¸c hîp).
Trong ®iÖn tr−êng m¹nh dÉn tíi sù ion ho¸ do va ch¹m t¨ng lªn, l−îng
®iÖn tÝch tù do t¨ng nhanh. D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng c¸c ®iÖn tÝch tù do b¾t
®Çu chuyÓn ®éng dÉn tíi c¸c ®iÖn tÝch tham gia c¶ v o qu¸ tr×nh t¸i hîp v c¶
qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn.
Khi ®iÖn tr−êng t¨n dÉn ®Õn dßng ®iÖn qua ®iÖn m«i khÝ t¨ng do c ng cã
nhiÒu ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng ®Õn ®iÖn cùc.
§iÒu n y ®−îc gi¶i thÝc l :
Do c−êng ®é ®iÖn tr−êng m¹nh cho nªn c¸c ®iÖn tÝch tù do chuyÓn ®éng
nhanh h¬n vÒ ®iÖn cùc nªn Ýt cã kh¶ n¨ng t¸i hîp.
H×nh vÏ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña dßng ®iÖn ch¹y qua chÊt ®iÖn
m«i v o ®iÖn ¸p ®Æt. I
III
I II c
Ibh b
a
0
U1 U2 U3 U
Vïng I: øng víi khu vùc ®iÖn tr−êng bø cho nªn c−êng ®é ®iÖn tr−êng rÊt
hë dÉn tíi sè l−îng ®iÖn tÝch tham gia v o qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn nhá h¬n so víi sè
l−îng ®iÖn tÝch bÞ t¸i hîp. Nh− vËy mËt ®é ®iÖn tÝch tù do Ýt v l mét h»ng sè.
§iÖn dÉn cña ®iÖn m«i khÝ trong ®iÖn tr−êng yÕu ta thÊy dßng ®iÖn t¨ng tuyÕn
tÝnh víi ®iÖn ¸p.
Vïng II: øng víi khu vùc cã dßng ®iÑn b o ho , ®iÖn tr−êng t¨ng dÇn dÕn
sè ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng ®Õn ®iÖn cùc t¨ng, t¹i ®iÓm a tÊt c¶ c¸c ®iÖn tÝch xuÊt
hiÖn do ion ho¸ ®Òu tham gia v o qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn. Râ r ng l dßng ®iÖn b o
ho kh«ng phô théc v o ®iÖn ¸p, c¸c yÕu tè g©y ion ho¸ tù nhiªn l yÕu tè quyÕt
®Þnh dßng b o ho , mËt ®é dßng ®iÖn b o ho J = 6.10-15(A/m2).
16
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Vïng III: øng víi khu vùc ®iÖn tr−êng m¹nh (®iÖn ¸p cao). ë khu vùc n y
b¾t dÇu dßng ®iÖn t¨ng nhanh, kh«ng gièng nh− ®Þnh luËt ¤m, ®iÒu n y chØ cã
thÓ gi¶i thÝch trªn c¬ së cña hiÖn t−îng ion do va ch¹m, sè ion ho¸ xuÊt hiÖn t¨ng
nhanh, nã l h m cña c−êng ®é ®iÖn tr−êng:
(A/m2)
N0 = NE ⇒ J = NE.q.h
Trong ®ã: q l ®iÖn tÝch cña phÇn tö mang ®iÖn (c)
h l kho¶ng c¸ch hai ®iÖn cùc (m)
T¹i ®iÓm x¶y ra qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong chÊt khÝ tøc l nèi liÒn hai ®iÖn
cùc b»ng mét cÇu cã ®iÖn dÉn cao, lóc n y kh«ng khÝ trë th nh vËt dÉn ®iÖn.
IV. ®iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i láng
Trong c¸c ®iÖn m«i láng tån t¹i 2 lo¹i ®iÖn dÉn kh¸c nhau: §ã l ®iÖn dÉn
ion v ®iÖn dÉn ®iÖn di.
1. §iÖn dÉn ion cña c¸c ®iÖn m«i láng
Kh¸c víi c¸c ®iÖn m«i khÝ trong ®iÖn m«i láng c¸c ®iÖn tÝch tù doxuÊt
hiÖn kh«ng chØ do sù ion ho¸ g©y nªn m cßn do qu¸ tr×nh ph©n ly cña c¸c ph©n
tö cña chÝnh chÊt láng. Trong c¸c ®iÖn m«i láng bao giê còng lÉn t¹p chÊt th«ng
th−êng. V× c¸c t¹p chÊt rÊt dÔ ph©n ly h¬n c¸c ph©n tö cña ®iÖn m«i chÝnh, nªn
®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i láng gå ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i chÝnh v ®iÖn dÉn cña t¹p
chÊt.
N−íc l lo¹i t¹p chÊt phæ biÕn lÉn v o ®iÖn m«i láng. Nã tån t¹i d−íi 3
d¹ng: N−íc tan, n−íc huyÒn phï v n−íc d−. N−íc d− cã thÓ næi hoÆc ch×nh
trßng ®iÖn m«i tuú thuéc v o tû träng cña n−íc v tû träng cña ®iÖn m«i, tû träng
®iÖn m«i > 1000 kg/m2 th× n−íc d− næi v ng−îc l¹i.
Kh¶ n¨ng ph©n ly cña c¸c ph©n tö cang lín dÉn ®Õn ®iÖn m«i láng cã ®iÖn
dÉn lín.
2. §iÖn dÉn ®iÖn di
§iÖn dÉn ®iÖn di cßn gäi l ®iÖn dÉn Molion l sù chuyÓn dÝch cã h−íng
cña nhãm c¸c phÇn tö mang ®iÖn (tÝch ®iÖn) d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng
ngo i.
Trong ®iÖn m«i láng cã tån t¹i nhiÒu h¹t d¹ng keo tÝch ®iÖn chuyÓn ®éng
trong ®iÖn tr−êng gièng nh− c¸c phÇn tö tÝch ®iÖn tù do.
Tuú theo sù quan hÖ gi÷a ε cña chÊt láng v ε cña t¹p chÊt d¹ng keo n y
m chóng cã thÓ tÝch ®iÖn tÝch d−¬ng (+) hoÆc ©m (-).
17
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
- NÕu εtc < ε chÊt láng: H¹t keo tÝch ®iÖn ©m (-)
- NÕu εtc > ε chÊt láng: H¹t keo tÝch ®iÖn d−¬ng (+)
Trong ®iÖn tr−êng c¸c h¹t keo tËp trung ë c¸c ®iÖn cùc hoÆc l vïng cã
c−êng ®é ®iÖn tr−êng lín, do mËt ®é t¹p chÊt c¸c vïng n y t¨ng cho nªn t¹p chÊt
trong ®iÖn m«i gi¶m tøc l l m s¹ch ®iÖn m«i. §iÖn dÉn cña ®iÖn m«i láng sau
khi ®ãng v o ®iÖn mét chiÒu th× gi¶m do hiÖu øng l m s¹ch. HiÖu øng n y kh«ng
xuÊ hiÖn ë nguån ®iÖn xoay chiÒu bëi v× cã sù thay ®æi h−íng liªn tôc cña c¸c
h¹t keo tÝch ®iÖn n y.
V. §iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i r¾n
§iÖn m«i r¾n cã rÊt nhiÒu v ®a d¹ng vÒ th nh phÇn ho¸ häc v cÊu tróc,
vÒ ®é s¹ch v t¹p chÊt... Trong ®iÖn m«i r¾n c¸c phÇn tö bÞ r ng buéc v o ®iÓm
mót, chóng cã chØ cã thÓ dao ®éng quanh vÞ trÝ c©n b»ng n y. qu¸ tr×nh chuyÓn
dÞch cña c¸c phÇn tö tõ vÞ trÝ n y ®Õn vÞ trÝ kh¸c rÊt khã kh¨n. §iÖn dÉn cña ®iÖn
m«i r¾n rÊt kh¸c nhau, kh«ng nh÷ng bëi lo¹i ®iÖn m«i m cßn bëi th nh phÇn t¹p
chÊt v ®iÒu kiÖn l m viÖc cña chóng. Is
Trong ®iÖn m«i r¾n th nh phÇn
mang ®iÖn tÝch l c¸c ®iÖn tÝch tù do tån
IV
t¹i trong ®iÖn m«i, chóng cã thÓ l ®iÖn tö,
ion hoÆc ion cña c¸c t¹p chÊt. §iÖn dÉn
Is
cña ®iÖn m«i r¾n cã thÓ l ®iÖn dÉn cña
®iÖn tö, ®iÖn dÉn ion hay tæng hîp cña hai lo¹i ®iÖn dÉn n y. C¸c ®iÖn tÝch tù do
cßn tån t¹i ngay c¶ líp bôi, Èm b¸m trªn bÒ mÆt cña ®iÖn m«i. Do ®ã m tån t¹i
kh«ng chØ dßng ®iÖn ch¹y xuyªn qua bÒ dÇy ®iÖn m«i (dßng ®iÖn khèi Iv) m cßn
tån t¹i dßng ®iÖn ch¹y theo bÒ mÆt cña nã (dßng ®iÖn mÆt Is).
ChÝnh v× vËy m ®èi víi ®iÖn m«i r¾n cã hai kh¸i niÖm. §iÖn dÉn suÊt khèi
γV v ®iÖn dÉn suÊt mÆt γs
1 1
,
ρv = ρs =
γv γs
ρv: §iÖn dÉn suÊt cña ®iÖn m«i.
VÒ trÞ sè cña ®iÖn troÎ suÊt khèi l ®iÖn trë suÊt cña mét khèi vËt liÖu cã
d¹ng h×nh lËp ph−¬ng cã c¹nh l 1cm khi dßng ®iÖn ch¹y qua hai mÆt ®èi diÖn.
§¬n vÞ cña ρv l Ωcm.
ρs: §iÖn trë mÆt l ®iÖn trë cña mét phÇn mÆt ®iÖn m«i cã d¹ng h×nh
vu«ng khi dßng ®iÖn ®i qua hai c¹nh ®èi diÖn, ®¬n vÞ l Ω.
18
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng III: sù phãng ®iÖn trong
®iÖn m«i khÝ
I. kh¸i niÖm chung
Sù phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ
Khi nghiªn cøu vÒ ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i khÝ ta ® biÕt quan hÖ gi÷a mËt
®é dßng ®iÖn khÝ víi c−êng ®é ®iÖn tr−êng t¸c dông.
- Khi E < E2 th× dßng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ kh«ng tù duy tr×.
- Khi E > E2 trong ®iÖn m«i khÝ b¾t ®Çu
x¶y ra hiÖn t−îng io ho¸ va ch¹m, dßng ®iÖn j
trong chÊt khÝ tù duy tr×, dßng ®iÖn lóc n y t¨ng
lªn rÊt nhanh, do ®ã chÊt khÝ sÏ mÊt hÕt tÝnh chÊt
c¸ch ®iÖn (chÊt khÝ c¸ch ®iÑn bÞ chäc thñng).
§iÖn ¸p øng víi tr−êng hîp n y gäi l ®iÖn ¸p
chäc thñng chÊt khÝ v c−êng ®é ®iÖn tr−êng 0 E1 E2 = ECT E
chäc thñng l :
U CT
(KV/cm)
E CT =
d
Trong ®ã: ECT: C−êng ®é ®iÖn tr−êng chäc thñng
UCT: §iÖn ¸p chäc thñng chÊt khÝ
d: BÒ d y ®iÖn m«i chç chäc thñng.
- Khi chÊt khÝ bÞ chäc thñng th× nã trë th nh chÊt dÉn ®iÖn, cã dè ®iÖn tö
tù do v sè ion lín gäi l Plasma. Plasma cã ®iÖn dÉn lín.
VËy sù phãng ®iÖn trong ch©t khÝ l sù h×nh th nh Plasma cña to n bé hay
mét phÇn chÊt khÝ trong kh«ng gian gi÷a c¸c ®iÖn cùc, sù phãng ®iÖn ®ã phô
théc v o d¹ng cña ®iÖn tr−êng, c«ng suÊt cña nguån v ¸p suÊt cña chÊt khÝ m«i
tr−êng xung quanh.
II. C¸c d¹ng phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ
ë ®©y ta nªu ra c¸c d¹ng phãng ®iÖn sau:
1. Phãng ®iÖn to¶ s¸ng
Phãng ®iÖn to¶ s¸ng l d¹ng phãng ®iÖn trong khe hë kh«ng khÝ cã ¸p suÊt
thÊp. Tr−êng hîp n y Plasma kh«ng thÓ cã ®iÖn dÉn lín, mÆc dï møc ®é ion ho¸
cã cao nh−ng v× sè ph©n tö khÝ trong ®¬n vÞ khèi rÊt Ýt.
19
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
Phãng ®iÖn të s¸ng th−êng chiÕm c¶ kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c ®iÖn cùc,
thÝ dô nh− phãng ®iÖn trong ®Ìn neon.
2. Phãng ®iÖn tia löa
Phãng ®iÖn tia löa ph¸t sinh trong khe hë kh«ng khÝ khi cã ¸p suÊt cao,
c«ng suÊt cña nguån kh«ng lín l¾m hoÆc lín nh−ng thêi gian t¸c dông cña ®iÖn
¸p nhá v chØ ph¸t sinh ra tia löa hÑp gi÷a hai ®iÖn cùc. Do c«ng suÊt nhá, thêi
gian t¸c dông ng¾n do ®ã tia löa cña nã bÞ gi¸n ®o¹n, chËp chên gÉy khóc v cã
khi chia th nh nh¸nh gi÷a hai ®iÖn cùc.
3. Phãng ®iÖn hå quang
Phãng ®iÖn hå quang l giai ®o¹n tiÕp theo cña phãng ®iÖn tia löa khi c«ng
suÊt cña nguån lín. Tr−êng hîp n y cã thÓ cã dßng ®iÖn lín ch¹y qua khe hë
l m nãng chÊt khÝ gi÷a khe hë dÉn ®Õn sù ion ho¸ nhiÖt t¨ng, ®iÖn dÉn cña khe
hë khÝ t¨ng v do ®ã l¹i l m cho dßng ®iÖn trong khe hë t¨ng tiÕp ®Õn khi ®¹t
®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng (tøc l khi tæn hao nhiÖt cña tia phãng ®iÖn l chÊm døt
sù t¨ng cña nhiÖt ®é). Qu¸ tr×nh n y cÇn cã mét thêi gian, do ®ã phãng ®iÖn tia
löa sÏ kh«ng tr th nh phãng ®iÖn hå quang nÕu ®iÖn ¸p t¸c dông lªn khe hë trong
thêi gian qu¸ ng¾n.
Nh− vËy phãng ®iÖn hå quang ®Æc tr−ng bëi nhiÖt cao v ®é ion ho¸ cao.
4. Phãng ®iÖn vÇng quang
Phãng ®iÖn vÇng quan l mét d¹ng phãng ®iÖn x¶y ra trong ®iÖn tr−êng
kh«ng ®ång nhÊt. Tr−êng hîp n y sù phãng ®iÖn (sù ion ho¸) chØ ph¸t sinh trong
mét khu vùc bÐ xung quanh ®iÖn cùc cã c−êng ®é ®iÖn tr−êng lín. Khi cã phãng
®iÖn vÇng quang khe hë khÝ kh«ng ph¶i ® mÊt tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn, tuy vËy trong
c¸c kÕt cÊu c¸ch ®iÖn kh«ng nªn ®Ó x¶y ra phãng ®iÖn vÇng quang.
II. HiÖn t−îng ion ho¸ kÝch thÝch kÕt
hîp khuÕch t¸n
1. HiÖn t−îng ion ho¸
L hiÖn t−îng nguyªn tö khÝ hoÆc ph©n tö hÊp thô thªm n¨ng l−îng ë bªn
ngo i (do va ch¹m hoÆc do c¸c tia löa bøc x¹) l m cho mét ®iÖn tö cña nguyªn tö
hoÆc ph©n tö trung tÝnh t¸ch ra khái nguyªn tö hoÆc ph©n tö ®ã. §iÖn tö bÞ t¸ch
ra cã thÓ th h ®iÖn tö tù do hoÆc bÞ nguyªn tö trung tÝnh kh¸c hÊp thô ®Ó trë
20
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
- Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn
PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com
http://www.ebook.edu.vn
th nh ion ©m. Do cã ®iÖn tö t¸ch ra nªn nguyªn tö, ph©n tö bÞ mÊt c©n b»ng vÒ
®iÖn v sÏ trë th nh ion d−¬ng.
§iÒu kiÖn ®Ó cã hiÖn t−îng ion ho¸ l : We ≥ Wi
Trong ®ã: We l n¨ng l−îng m ®iÖn tö nhËn ®−îc
We = E.q.λ E: C−êng ®é ®iÖn tr−êng t¸c dông
q: §iÖn tÝch cña ®iÖn tö
λ: §o¹n ®−êng di chuyÓn tù do trung b×nh cña
®iÖn tö
Wi l n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó ion ho¸ chÊt
Wi = q.Ui Ui: §iÖn ¸p ®Ó ion ho¸
q: §iÖn tÝch cña ®iÖn tö
2. HiÖn t−îng kÝch thÝch
L hiÖn t−îng nguyªn tö khÝ hÊp thô mét n¨ng l−îng bÐ h¬n n¨ng l−îng
ion ho¸ (We< Wi), lóc ®ã c¸c ®iÖn tö chØ cã thÓ chuyÓn tõ quü ®¹o n y sang quü
®¹o kh¸c cã møc n¨ng l−îng cao h¬n. Nh−ng tr¹ng th¸i ®ã chØ tån t¹i trong mét
thêi gian rÊt ng¾n 10-7 ÷ 10-8. Sau thêi gian n y c¸c ®iÖn tö trë vÒ tr¹ng th¸i ban
®Çu cã møc n¨ng l−îng thÊp h¬n..
N¨ng l−îng ® tiªu thô cho qu¸ tr×nh kÝch thÝch, lóc n y ®−îc tho¸t ra d−íi
d¹ng c¸c tia s¸ng ®iÖn tö (quang tö).
3. HiÖn t−îng kÕt hîp
L hiÖn t−îng m c¸c ion d−¬ng va ch¹m víi c¸c ®iÖn tö tù do hoÆc víi
c¸c ion ©m kÕt hîp víi nhau ®Ó trë th nh nguyªn tö hay ph©n tö trung ho . HiÖn
t−îng n y l m gi¶m ®iÖn tÝch trong kh«ng gian. Qu¸ tr×nh kÕt hîp còng ph¸t ra
mét n¨ng l−îng d−íi d¹ng bøc x¹.
4. HiÖn t−îng khuÕch t¸n
L hiÖn t−îng c¸c ion v ®iÖn tö di chuyÓn tõ vïng cã mËt ®é lín sang
vïng cã mËt ®é bÐ.
Nguyªn nh©n cña hiÖn t−îng n y l do sù chuyÓn ®éng nhiÖt hçn lo¹n chø
kh«ng ph¶i do sù ®Èy nhau cña c¸c ion cïng dÊu, bëi v× dï cho mËt ®é c¸c ion v
®iÖn tö rÊt lín nh−ng vÒ t−¬ng ®èi th× kho¶ng c¸ch gi÷a chóng l rÊt lín.
21
Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
nguon tai.lieu . vn
