Bài giảng Trường điện từ: Chương 5.2 - Châu Văn Bảo (ĐH Công nghiệp TP.HCM)

Mời các bạn cùng tham khảo các nội dung tiếp theo của Bài giảng Trường điện từ - Chương 5: Vật dẫn điện, điện môi, điện trở và điện dung. Trong chương này, các bạn sẽ được áp dụng những định luật và các phương pháp đã học để xét một số vật liệu chủ yếu của vật liệu dẫn điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Trường điện từ: Chương 5.2 - Châu Văn Bảo (ĐH Công nghiệp TP.HCM) Chương 5.(Tiếp theo) VẬT DẪN ĐIỆN, ĐIỆN MÔI, ĐIỆN TRỞ VÀ ĐIỆN DUNG1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 1 5.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)1. Vectơ phân cực điện P (C/m2) Figure C 6.1l Fig C6.1a: để đơn giản, ta xem 1 nguyên tử của điện môi là hai miền điện tích bằng nhau và trái dấu + Q and – Q xếp chồng lên nhau .l Fig C6.1b: Khi bị tác động của E-field, +Q bị kéo theo hướng của E, and –Q theo hướng ngược lại. Điện môi bị phân cực trong điện trường.l Fig C6.1c: Sự phân cực này tạo thành một lưỡng cực điện có mômen lưỡng cực điện là p. p = Q d (C.m) (1) where d is the vector from the negative to the positive charge.1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 25.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI) l Xét 1 điện môi bị phân cực, nếu có n là số lưỡng cực điện trong 1 đơn vị thể tích, thì trong thể tích ∆v, có N = n∆v lưỡng cực điện (Fig C6.2); và tổng moment phân cực điện trong ∆v là: N pT = ∑ p i (C 1) Figure C 6.2 i=1where pi là momen phân cực thứ i.l Vectơ phân cực điện trung bình trong ∆v là: pT 1 N Pav = = ∑ ∆v ∆v i=1 pi (C 2)1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 35.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)l Nếu cho ∆v tiến tới zero Thì vectơ phân cực điện P xác định tại từng điểm của điện môi bị phân cực trong trường E. 1 N P = lim ∆v→0 ∆v ∑ pi = lim Pav ∆v→0 (2) i=1Đơn vị của P là C/m21/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 45.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)2. Mật độ điện thông D và định luật Gauss trong điện môi. (a). Trong không gian (Fig C 6.3a), we have P = 0, D = εoE (C3) (b). Trong điện môi (Fig C 6.3b), we have D = εo E + P (6) 3. Gauss’s Law in a dielectric (điện môi). Ñ∫S D.ds = Q (7) where Q is the điện tích tự do chứa in S 4. Maxwell’s First Equation in a dielectric ∇.D = ρv (8) Figure C 6.3 where ρv is the volume density of free charges.1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 55.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)5. Độ điện thẩm tuyệt đối và tương đối.Ta chỉ xét cá vật liệu tuyến tính và đẳng hướng trong đó P cùngchiều và tỉ lệ thuận với ε0E: P = χeεoE (9)Where χe là hằng số tỉ lệ, không có đơng vị và gọi là độ cảmđiện của vật liệu. Thay (9) vào (6), we have D = εoE + χeεoE = (χe + 1)εoE (C4)Hằng số trong ngoặc được ký hiệu là: ε r = χe + 1 (10)Đây gọi là độ điện thẩm tương đối, or hằng số điện môi củavật liệu.1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 65.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)Vậy D = εr εo E = ε E (11)where ε = εr εo (12)Được gọi độ điện thẩm tuyệt đối của vật liệu.EXAMPLE 6.1. The region 0 ≤ x ≤ a is a dielectric (εr = 2.1), andoutside this region is free space, giả sử bên ngòai điện môi cófield Eo = Eoax (V/m). Find D, E, and P every where. (Fig 6.4). Figure 6.41/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 75.6. VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN (ĐIỆN MÔI)SOLUTION. We consider two regions: outside the slab andinside the slab.• Outside: we have Do = εoEoax. Ngòai ra vì chân không nên, Q = 0, p = 0 and Po = 0.• Inside: the dielectric constant is εr = 2.1, and from (10), the electric susceptibility is χe = εr – 1 = 1.1.Using (11) and (9), we have: Di = 2.1εoEi (0 ≤ x ≤ a) (C5) Pi = 1.1εoEi (0 ≤ x ≤ a) (C6)1/16/2013 Châu Văn Bảo - ĐHCN TP.HCM 86.1. The nature of Dielectric MaterialsDRILL PROBLEM ...