Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 8: Điện môi

Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 8: Điện môi cung cấp cho người học các kiến thức về: sự phân cực của chất điện môi, vectơ phân cực, vectơ điện cảm, điều kiện biên,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương 1 - Chương 8: Điện môi Chương VIIIĐiỆN MÔII.Sự phân cực của chất điện môi1. Hiện tượng phân cực điện môi Theo vật lý cổ điển, điện môi là môi trường chất không có các điện tích tự do, dưới tác dụng của điện trường ngoài các điện tích bên trong nó chỉ có thể dịch chuyển những khoảng cách nhỏ vào cở kích thước của nguyên tử. Do đó tính dẫn điện của điện môi rất kém có thể coi là chất không dẫn điện. Khi đặt khối điện môi đồng chất và đẳng hướng BC vào trong điện trường ngoài thì trên các mặt giới hạn của thanh điện môi sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu nhau. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phân cực điện môi.Mặt đường sức điện trường đi vào tích điện âm,mặt còn lại tích điện dương. Nếu thanh điện môikhông đồng chất và đẳng hướng thì ngay tronglòng thanh điện môi cũng xuất hiện điện tích.Hiện tượng này gọi là hiện tượng phân cực điệnmôi. _ _ + + + _ _ _ + + +Hiện tượng phân cực điện môi bề ngoài giốnghiện tượng điện hưởng trong vật dẫn kim loại,song về bản chất, hai hiện tượng hoàn toàn khácnhau. Trong hiện tượng phân cực điện môi, takhông thể tách riêng các điện tích để chỉ còn mộtloại điện tích; trên thanh điện môi các điện tích ởđâu sẽ định xứ ở đó, không dịch chuyển tự dođược; vì vậy chúng được gọi là các điện tích liênkết.Các điện tích liên kết sẽ gây ra điện trường phụ EĐiện trường tổng hợp trong điện môi là: E  E0  E E0 là điện trường ngoài tạo nên sự phân cực củakhối điện môi.2.Giải thích hiện tượng phân cực điện môi Mỗi phân tử ( hay nguyên tử ) gồm các hạt nhân mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm chuyển động rất nhanh xung quanh hạt nhân. Khi xét ở những khoảng cách lớn so với kích thước phân tử ta có thể coi tác dụng của các electron trong phân tử tương đương với tác dụng của điện tích tổng cộng –q của chúng đặt tại một điểm nào đó trong phân tử. Điểm này gọi là “trọng tâm “của các điện tích âm.Tương tự như vậy đối với hạt nhân ta cũng có “trọng tâm” của các điện tích dương.* Phân tử không phân cực là phân tử có phân bố electron đối xứng xung quanh hạt nhân. Vì thế khi chưa đặt trong điện trường ngoài trọng tâm điện tích âm và dương trùng nhau, phân tử không phải là lưỡng cực điện, mômen điện của nó bằng không. Khi đặt phân tử không phân cực vào trong điện trường ngoài,các trọng tâm điện âm và dương dịch chuyển ngược chiều nhau, phân tử trở thành một lưỡng cực điện có momen điện khác không.Người ta đã chứng minh được: pe   0 E0 là hằng số điện, α gọi là độ phân cực củaphân tửVì khoảng cách giữa trọng tâm điện tíchdương và âm của mỗi phân tử trong trườnghợp này phụ thuộc điện trường tổng hợpnên các lưỡng cực xuất hiện được gọi là cáclưỡng cực đàn hồi. Sự phân cực này gọi làphân cực điện tử.* Phân tử phân cực là loại phân tử có phân bố electron không đối xứng xung quanh hạt nhân. Vì thế ngay khi chưa đặt trong điện trường ngoài, các trọng tâm điện tích âm và dương cũng không trùng nhau nên phân tử là một lưỡng cực điện có mômen điện khác không. Điện trường ngoài hầu như không ảnh hưởng đến độ lớn của mômen điện nên các lưỡng cực này gọi là lưỡng cực cứng.Tác dụng chủ yếu của điện trường ngoài đối vớicác phân tử loại này là là làm quay và địnhhướng lưỡng cực điện theo chiều song song vớiđiện trường. Sự phân cực này gọi là phân cựcđịnh hướng.Tuy mômen điện của phân tử khác không nhưngdo chuyển động nhiệt nên chúng sắp xếp hỗn loạnnên hiện tượng phân cực điện môi không xảyra.Chính sự sắp xếp có định hướng của các lưỡngcực điện của mỗi phân tử khi đặt nó trong điệntrường ngoài làm xuất hiện các điện tích trái dấutrên bề mặt khối điện môi (hình vẽ). E0 - + - + o - + - + + o - + Khi chưa đặt trong điện Khi đặt trong điệntrường ngoai trường ngoàiNếu khối điện môi không đồng chất thìtrong lòng khối điện môi cũng xuất hiện cácđiện tích.* Đối với điện môi tinh thể, mạng các iondương và các ion âm coi như lồng vào nhau.Dưới tác dụng của điện trường ngoài cácmạng tinh thể dương và các mạng tinh thểâm dịch chuyển theo hai chiều ngược nhauvà tạo ra sự phân cực của chất điện môi. Sựphân cực này gọi là phân cực ion.II. Vectơ phân cực n1. Định nghĩa: p ei Pe  i 1 V pei và n là vectơ momen điện và số phân tử trong thể tí ...