Bài giảng Vật liệu điện: Tính dẫn điện của điện môi - ThS. Nguyễn Hữu Vinh

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

236
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Dưới đây là bài giảng Vật liệu điện: Tính dẫn điện của điện môi do ThS. Nguyễn Hữu Vinh biên soạn. Mời các bạn tham khảo bài giảng để hiểu rõ hơn về khái niệm chung; điện trở khối của đoạn cách điện có hình dạng khác nhau; bản chất vật lý của sự dẫn điện trong vật chất; tính dẫn điện trong kim loại; tính siêu dẫn và tính dẫn điện cao.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu điện: Tính dẫn điện của điện môi - ThS. Nguyễn Hữu Vinh

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC Môn học: VẬT LIỆU ĐIỆN
TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI 1. Khái niệm chung 2. Điện trở khối của đoạn cách điện có hình dạng khác nhau 3. Bản chất vật lý của sự dân điện trong vật chất 4. Tính dẫn điện trong kim loại 5. Tính siêu dẫn và tính dẫn điện cao (dây dẫn lạnh)
TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI 6. Tính dẫn điện trong bán dẫn 7. Tính dẫn điện của điện môi rắn 8. Tính dẫn điện của chất khí 9. Tính dẫn điện của chất lỏng
1. Khái niệm chung Theo lý thuyết, vật liệu cách điện dưới điện áp DC sẽ không cho dòng điện chạy qua. (Rcđ = ∞, cđ = ∞) Tuy nhiên, thực tế là có dòng điện rất nhỏ chạy qua (dòng điện rò).  Điện trở suất của vật liệu cách điện là có giới hạn. (R cđ ≠ ∞, cđ ≠ ∞) Dòng điện rò: U I rò I cđ Rcđ Irò = Icđ: dòng điện rò U: Điện áp đặt hai đầu cách điện Rcđ: điện trở cách điện Is: dòng điện mặt I = Iv: dòng điện khối
1. Khái niệm chung Dòng điện rò qua 1 đoạn cách điện: là tỉ số giữa điện áp 1 chiều với điện trở của đoạn cách U IV I điện ở thời gian ổn định. RV Dòng điện rò khối: là dòng diện đi trong lòng của điện môi U IS Dòng điện mặt: là dòng điện đi trên bề mặt của RS điện môi. 1 1 1 I cđ I rò I Is Rcđ RV RS RV: Điện trở khối; RS: Điện trở mặt Gcđ GV GS GV: Điện dẫn khối; GS: Điện dẫn mặt
Điện trở khối RV ( ) l d2 RV V S S 4 l V : Điện trở suất khối ( m) S: tiết diện của điện môi (m2) d l: chiều dài đoạn cách điện (m) U Điện trở suất khối V ( m) l V RV S
U Điện trở mặt Rs ( ) l RS S h h l S : Điện trở suất mặt ( m) l: khoảng cách giữa 2 điện cực tính theo bề mặt của điện môi rắn h: chiều dài của điện cực tiếp xúc với điện môi. Điện trở suất mặt l S ( m) S RS h
a RS S b 1 a S RS b
Ví dụ: Xác định dòng điện rò qua 1 đoạn cách điện hình trụ có chiều dài trụ là 20cm. Đường kính trụ là 2cm. Đặt giữa 2 điện cực phẳng tròn có đường kính 2 cm vào chính tâm 2 đầu điện môi. V = 1015 ( m) S = 1016 ( m) l UDC = 1000 (V) d I rò ? U
I rò IV Is U U U U IV IS RV l RS l V s S h U U IV IS 4.l l s V d2 d 1000 15 1000 14 IV 10 ( A) IS 2 .10 ( A) 4.20.10 2 2 20.10 1015 1016 2 ( 2.10 2 ) 2 2.10 15 14 I rò 10 10 ( A) 2
2. Điện trở khối của các đoạn cách điện có hình dạng khác nhau Xét đoạn cách điện hình chữ nhật a có kích thước a,b và độ dày cách điện l (như hình vẽ). Điện cực S Đặt điện cực tròn tiết diện S ở bề mặt đoạn cách điện. b a,b >> l Rs , s l d2 RV V S S 4 l 1 1 1 1 1 Rcđ RV RS RV Rcđ RV U
Đối với đoạn cách điện dài l, đường kính D. Đặt hai đầu đoạn cách điện hai điện cực tròn đường kính d (ngay tâm), điện áp U (như hình vẽ). l>>D, d l a) Nếu Rs, s l d2 RV V S D S 4 Rcđ RV d U b) Nếu Rs, s l d2 RV V S S 4 l' (D d ) RS s l' l .2 l D d h 2 h d
Bài tập: Cho khối điện môi vuông, kích thước cạnh là 2a. Giữa 2 mặt đối diện, người ta đặt điện cực phẳng vuông tại tâm, kích thước điện cực là a được đặt dưới điện áp DC. 2a V = 10 ( m) a 15 S = 1016 ( m) UDC = 1000 (V) a) Tính dòng điện rò qua điện môi theo a. U 2a b) Trong trường hợp điện cực tròn, đường a kính a Tính dòng điện rò qua điện môi theo a U
Đối với tụ điện hình trụ hay cách điện giữa hai điện cực đồng trục (đặc biệt là cách điện của cáp một sợi). Độ dài điện cực là l, bán kính trong r1, bán kính ngoài r2. a) Nếu Rs, l s r2 RV V ln 2 l r1 r2 r1 b) Nếu Rs, s r2 RV ln V 2 l r1 Nếu r2-r1
Bài tập: Cho 1 đoạn cáp đồng trục dài 1m, đường kính dây dẫn trong = 1mm, đường kíh dây dẫn ngoài = 3mm. = 1015 ( m) V l S = 10 ( m) 16 UDC = 1000 (V) Tính dòng điện rò qua điện môi r2 r1
Một số dạng điện trở đặc biệt Điện trở cách điện của cáp: Dây 1 Rcđ Rcđ k l k : điện trở cách điện của 1km cáp (M .km) Vỏ Cho 2 đoạn cáp có điện trở cách điện: R1 = 500M ; R2 = 100M R1 R2 Hai đoạn cáp mắc nối tiếp  điện trở toàn phần là ??? Rcđ R1 R2 500.100 500 Rcđ (M ) 500 100 6 R1 R2 Hai đoạn cáp mắc song song  điện trở toàn phần là ??? Rcđ R R 1 2 Đối với cáp không có khái niệm mắc nối tiếp, song song
Điện trở suất cắt ngang lớp (trên một đơn vị diện tích): là điện trở của lớp điện môi có độ dày l trên đoạn có diện tích 1m 2. l R.S V .S V .l S S U Bề dày lớp cách điện lớn  có điện l trở suất cắt ngang lớn Điện trở dọc lớp: cho đoạn độ dài vuông góc theo hướng đi của dòng điện a và độ rộng b. sẽ bằng: U a a a b R// // V b b.l Điện trở suất dọc lớp: l V // Chiều dài lớp cách điện lớn  có điện l trở suất dọc lớp càng nhỏ
3. Bản chất vật lý của sự dẫn điện trong vật chất Dòng điện là sự chuyển dịch có trật tự các điện tích dưới tác động của điện trường ngoài. Điều kiện tồn tại dòng điện là trong vật chất phải có điện tích tự do và điện trường ngoài. Mật độ dòng điện: I j S E j n.q.VE VE VE n: nồng độ điện tích q: điện tích VE: tốc độ chuyển động của điện tích theo điện trường
U U l I R V S U j S S S V .l U 1 n.q.VE E. V .l V VE siemens n.q E m VE u n.q.u E : điện dẫn suất u: Độ linh động điện tích n: nồng độ điện tích
Tuỳ thuộc vào bản chất thiên nhiên của các hạt mang điện có trong vật chất, hiện tượng dẫn điện được quan sát có những khác biệt rất khác nhau. Những dạng dẫn điện chủ yếu: 1. Tính dẫn điện điện tử: Hạt mang điện là các điện tử tự do. Đây là đặc trưng của tính dẫn điện trong kim loại 2. Tính dẫn điện ion hay phân ly: Hạt mang điện là các ion (+) và ion (-). Ví dụ: dung dịch NaCl, dưới tác dụng của điện áp DC sẽ xảy ra hiện tượng điện phân làm cho số lượng điện tích trong dung dịch giảm dần và tính dẫn điện dần dần yếu đi. 3. Tính dẫn điện di: Hạt mang điện là các hóm phân tử dưới tác động của điện trường ngoài, các nhóm phân tử sẽ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác làm cho nồng độ điện tích liên tục thay đổi trong thể tích của điện môi. 4. Một số điện môi có đồng thời tất cả các loại dẫn điện kể trên. 5. Tính dẫn điện của vật chất còn phụ thuộc vào trạng thái của vật chất. Ví dụ: kim loại ở trạng thái rắn, lỏng có độ dẫn điện cao, còn ở trạng thái khí có tính chất cách điện.