1
TÍNH CHẤT ĐIỆN
VÀ TỪ
CHƯƠNG 11
2
11.1 Tính chất điện
11.1.1 Khái niệm
•Tính chất điện là đáp ứng của vật liệu đối với tác động của điện trường bên
ngoài,
•Tính chất điện thểhiện ởkhả năng tạo ra dòng điện chạy qua vật liệu khi áp đặt
điện thếlên vật liệu.
11.1.1.1 Định luật Ohm
V = IR với R là điện trở(resistance) [Ω]
Điện trởsuất (Resistivity) ρ= (A /L)R
A: diện tích mặt cắt ngang [m2], L: chiều dài [m], ρ: điện trởsuất [Ω.m]
11.1.1.2 Độ dẫn điện (Conductivity)
σ= 1/ρ= nqμ[Ω-1m-1], [mho/m] (mho = ohm-1)
n: Sốchất mang điện tích / 1 đơn vịthểtích (Sốchất mang điện tích /m3).
• Đối với dẫn điện tử: chất mang là điện tửhoặc lỗ.
• Đối với dẫn ion: chất mang là ion dương, ion âm, trống cation, trống anion.
3
q: Điện tích chất mang.
•Dẫn điện tử q = q (điện tử) = 1,6.10-19 C (1C = 1A.s)
•Dẫn ion q = Z x 1,6.10-19 C với Z là hóa trịcủa ion
Chất rắn ion thường chứa nhiều loại ion nên
μ: Độ chuyển dịch của chất mang [m2/V.s]: biểu thịkhả năng di chuyển của chất
mang ngang qua chất rắn dưới tác dụng của gradient điện thế
•Các ion di chuyển qua chất rắn nhờkhuếch tán.
•Các điện tửdo có kích thước nhỏ hơn nhiều so với ion nên dễ đi ngang qua chất
rắn vì ít bịcản trở hơn, vì vậy cơ chếdẫn của ion và điện tửlà khác nhau
11.1.2 Cơ chếdẫn điện tử
• Để đơn giản xem điện tử như các hạt rắn.
•Khi có điện trường áp đặt thì điện tửsẽ được tăng tốc để đi vềphía cực dương.
• Điện tửsẽcó gia tốc không đổi cho đến khi nó va chạm với nhân của một nguyên
tử. Giảsử khi đótốc độ điện tử= 0.
•Sau khi va chạm, điện tửlại tăng tốc và tiếp tục thực hiện chu kỳ tăng tốc – va
chạm.
)qn( i
i
ii
μ
=
σ
∑
4
5
•Tốc độ trung bình của điện tử
với là thời gian trung bình giữa các va chạm và a là gia tốc điện trường.
Do gia tốc tỉlệvới cường độ điện trường, nên cũng sẽtỉlệvới cường độ điện
trường E [V/m]. Hệsốtỉlệchính là độ chuyển dịch điện tửμ.
= μE = a
•Khi E = const →a = const, μsẽtỉlệvới thời gian trung bình giữa hai va chạm
•Khi nhiệt độ tăng, nguyên tửsẽnhận nhiệt năng, động năng và bắt đầu dao động
quanh vịtrí cân bằng.
•Nhiệt độ càng tăng, biên độ dao động càng lớn sẽlàm tăng sựrối loạn trong cấu
trúc tinh thể, làm giảm thời gian trung bình giữa hai va chạm, từ đógiảm μ.
•Vì vậy khi nhiệt độ tăng thì độ dẫn điện của chất dẫn điện tửgiảm (hình a).
• Tăng các khuyết tật của mạng (điểm, đường, mặt) sẽlàm tăng sựrối loạn cấu
trúc, giảm , giảm μvà giảm σ(hình b).
•Một sốcông thức khác:
Cường độ dòng điện: I [A] = q/t [Coulomb/s] = nq A
Mật độ dòng điện: i [A/m2] = I /A = nq
Cường độ điện trường: E [Volt/m] = V/L, Độ dẫn điện: σ[Ω-1m-1] = i/E
tav
=
t
v
vt
t
v
v