Chương 3: Vật liệu điện môi

Tính chất quan trọng bậc nhất của điện môi là khả năng phân cực của nó dưới tác dụng của điện trường ngoài. Hiện tượng phân cực là sự thay đổi vị trí trong không gian của những thành phần mang điện và hình thành moment điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 3: Vật liệu điện môi BÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 90CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU ĐIỆN MÔI (VLĐM)3.1 Các quá trình vật lý trong điện môi và các tính chất của chúng3.1.1 Sự phân cực của điện môiTính chất quan trọng bậc nhất của điện môi là khả năng phân cực của nó dưới tácdụng của điện trường ngoài. Hiện tượng phân cực là sự thay đổi vị trí trong khônggian của những thành phần mang điện và hình thành moment điện.Trạng thái của điện môi dưới tác dụng của điện trường ngoài có thể biểu thị qua → →véctơ phân cực (hay cường độ phân cực) P . Dưới tác dụng của P xảy ra sự thayđổi vị trí trật tự trong không gian của điện tích phân tửđiện môi. EXét thể tích điện môi trong tụ phẳng(H3.1), ta có cường _ + Uđộ điện trường E = (V/m) h h → - Ở điện môi tuyến tính thì P quan hệ tuyến tính với→ Hình 3.1. Điện trường giữaE → → 2 bản cực tuï (C/m2). P = K Eε 0 . E KE hệ số phân cực của điện môi → → -Ở điện môi đẳng hướng P song song với E → → -Ở điện môi dị hướng: quan hệ giữa P và E ở dạng tenxơ. -Ở điện môi không tuyến tính (như xec-nhet điện) không có tỉ lệ tuyến tính giữa→ →P và E . → → →Ngoài P và E còn có đại lượng vectơ khác, đó là vectơ cảm ứng điện D ( vectơ →điện cảm D ): → → → D = ε 0. E+ P → →Với P = K Eε 0 . EVà gọi ε = 1 + K E ≥ 1 là hệ số điện môi tương đối của vật liệu → →Ta có: D = ε .ε 0 E →Dòng vectơ điện cảm D qua bề mặt kép kín bao quanh một thể tích nào đó sẽ bằngtổng điện tích tự do có trong thể tích đó. ∫ D . ds = ∑ q td → → → Giá trị D ở mọi điểm trong điện môi là như nhau ( D có cùng đơn vị với P làC/m2). Tham số xác định khả năng hình thành điện dung là hệ số điện môi ε , εphản ánh tính chất của vật chất trong một khối lượng (thể tích) đủ lớn, nhưng khôngphản ánh tính chất của từng nguyên tử hay phân tử của vật chất.Chương 3: VẬT LIỆU ĐIỆN MÔIBÀI GIẢNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 91Bản chất vật lý của sự phân cực điện môiPhân tử của bất kỳ vật chất nào của điện môi cũng có cấu tạo từ những thành phầnriêng biệt (nguyên tử, ion), mỗi thành phần có điện tích xác định dương hoặc âm.Lực liên kết giữa các điện tích xác định tính chất cơ học của vật chất. Tổng đại sốcủa tất cả các điện tích trong phân tử của bất kỳ vật chất nào đều bằng 0, nhưng vịtrí không gian điện tích trong phân tử của vật chất khác nhau sẽ khác nhau. Nếuthay tất cả các điện tích dương và điện tích âm bằng một điện tích dương và mộtđiện tích âm tương đương và vị trí trọng tâm của từng điện tích dương riêng và âmriêng thì trọng tâm của các điện tích dương và âm này có thể trùng nhau hoặckhông trùng nhau.(H3.2) Hình 3.2 Trọng tâm điện tích dương và âm có thể trùng nhau hoặc không trùng nhauPhân tử, trong đó tâm của các điện tích dương và điện tích âm trùng nhau gọi làkhông phân cực. Phân tử, trong đó tâm của các điện tích dương và âm không trùngnhau mà cách nhau một khoảng cách l gọi là phân cực (hay lưỡng cực).Ví dụ: CH4 là phân tử không phân cực; CH3Cl là phân tử phân cực.(H3.3)Các phân tử lưỡng cực được đặc trưng bởi moment lưỡng cực → → p = Q. l → Hình 3.3 Phân tử lưỡng cực và momen lưỡng cực pTính có cực có thể đánh giá theo cấu tạo hóa học của phân tử. Ngược lại bằng thựcnghiệm có thể xác định được p, từ đó đưa ra kết luận về cấu trúc của phân tử.Những phân tử gồm một nguyên tử He, Ne, Ar hoặc 2 nguyên tử giống nhau (H2,N2, Cl2) là không phân cực. Còn liên kết ion gồm 2 hay nhiều loại như KCl, HCl làloại có cực tính mạnh.Vậy: phân cực là sự sắp xếp có trật tự trong không gian của các điện tích. Dưới tácdụng của điện trường ngoài các điện tích chuyển động có giới hạn trong điện môi và ...