Giáo trình Vật liệu điện - điện tử: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tải

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Vật liệu điện - điện tử: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Quá trình vật lý của chất cách điện; Tính chất của chất cách điện; Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cách điện; Các khái niệm cơ bản về vật liệu từ; Ảnh hưởng của nhiệt độ đến từ tính của sắt từ;...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Vật liệu điện - điện tử: Phần 2 - CĐ Giao thông Vận tảiTrường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử CHƢƠNG 4 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 4.1. Quá trình vật lý của chất cách điện 4.1.1. Sự phân cực của 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. 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 thay đổi vị trí trật tự trong không gian của điện tích phân tử điện môi. E Xét thể tích điện môi trong tụ phẳng (H4.1), ta có cường _ + U độ điện trường E = (V/m) (4.1) h h →- Ở điện môi tuyến tính thì P quan hệ tuyến tính với → Hình 4.1: Điện trường giữa E 2 bản cực → → (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 = ε0 . E + P (4.2) → → Với P = K Eε 0 . E Và gọi ε = 1 + KE ≥ 1 là hệ số điện môi tương đối của vật liệu → → Ta có: D = ε.ε 0 E (4.3) → Dòng vectơ điện cảm D qua bề mặt kép kín bao quanh một thể tích nào đó sẽ bằng tổng điện tích tự do có trong thể tích đó. ∫ D . ds = ∑q td (4.4) →Khoa KT Điện- Điện tử Trang 84Trường CĐ GTVT TP. HCM Giáo trình Vật liệu điện-điện tử Giá trị D ở mọi điểm trong điện môi là như nhau ( D có cùng đơn vị với P là C/m2). Tham số xác định khả năng hình thành điện dung là hệ số điện môi ε , ε phản ánh tính chất của vật chất trong một khối lượng (thể tích) đủ lớn, nhưng không phản ánh tính chất của từng nguyên tử hay phân tử của vật chất.4.1.1.1. Bản chất vật lý của sự phân cực điện môi Phân tử của bất kỳ vật chất nào của điện môi cũng có cấu tạo từ những thành phần riêng 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 số của tất cả các điện tích trong phân tử của bất kỳ vật chất nào đều bằng 0, nhưng vị trí không gian điện tích trong phân tử của vật chất khác nhau sẽ khác nhau. Nếu thay tất cả các điện tích dương và điện tích âm bằng một điện tích dương và một điện tích âm tương đương và vị trí trọng tâm của từng điện tích dương riêng và âm riêng thì trọng tâm của các điện tích dương và âm này có thể trùng nhau hoặc không trùng nhau.(H3.2) Hình 4.2: Trọng tâm điện tích dương và âm có thể trùng nhau hoặc không trùng nhau Phân tử, trong đó tâm của các điện tích dương và điện tích âm trùng nhau gọi là không phân cực. Phân tử, trong đó tâm của các điện tích dương và âm không trùng nhau 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 ...