zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 6 - Phạm Thành Chung

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:63

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 6 - Phạm Thành Chung" được biên soạn nhằm giúp các em sinh viên nắm được các nội dung về: Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện; Điện môi đặt trong điện trường không đổi; Điện môi đặt trong điện trường thay đổi; Tổn thất điện môi (Dielectric Loss);... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 6 - Phạm Thành Chung

Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.1. Định luật Coulomb Khi đặt hai điện tích điểm q1 và q2 cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi tương đối εr , lực tương tác F giữa chúng có độ lớn: Lực tương tác F này nằm trên đường thẳng nối hai điện tích, nó mang dấu âm (-) nếu hai điện tích hút nhau và mang dấu dương (+) nếu hai điện tích đẩy nhau. K là hằng số có độ lớn: Với ε0 là hằng số điện môi của chân không: 113
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.1. Định luật Coulomb Dưới dạng véc tơ, lực tương tác giữa hai điện tích có dạng sau:. (véc tơ khoảng cách giữa hai điện tích) hướng của nó tùy thuộc vào điện tích mà chọn làm gốc Đối với hệ có n điện tích điểm, dùng nguyên lý xếp chồng ta viết được biểu thức tổng hợp lực của n-1 điện tích lên một điện tích thứ i như sau: 114
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.2. Điện trường •Là môi trường vật chất đặc biệt, tồn tại xung quanh các điện tích và tác dụng lực lên điện tích khác đặt trong nó. •Do vậy, điện trường được đặc trưng bởi sự kiện là khi ta đặt một điện tích thử q0 vào một điểm đặt trong môi trường có điện tích q và cách q một khoảng là r, điện tích thử sẽ chịu một lực tác dụng đặc trưng bởi định luật Coulom. •Cường độ điện trường tạo bởi điện tích q lên một đơn vị điện tích thử q0 được xác định bằng lực tác dụng của trường lên một đơn vị điện tích thử q0 : (chú ý rằng điện tích thử q0 được coi là dương) •Nguyên lý xếp chồng cũng được áp dụng cho điện trường gây bởi một tập hợp các vật mang điện lên một điện tích thử. Do đó biểu thức của cường độ điện trường gây bởi tập hợp các vật mang điện lên một điện tích thử được viết như sau 115
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 116
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 117
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.3. Điện thế, hiệu điện thế 118
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.3. Điện thế, hiệu điện thế 119
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 1. Các khái niệm cơ bản về tĩnh điện 1.4. Công, năng lượng 120
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi Ví dụ 1: Một điện tích Q = 10-6C đặt trong không khí: a. Xác định cường độ điện trường tại điểm cách điện tích 30cm. b. Đặt điện tích trong chất lỏng có hằng số điện môi εr = 16. Điểm có cường độ điện trường như câu a cách điện tích bao nhiêu?. Ví dụ 2: Hai điện tích điểm q1 = 4.10-8C và q2 = - 4.10-8C nằm cố định tại hai điểm AB cách nhau 20 cm trong chân không. Tính lực tương tác giữa 2 điện tích? Ví dụ 3:Một điện tích điểm q = (2/3).10−9 C nằm cách một sợi dây dài vô hạn tích điện đều một khoảng r1 = 4 cm , dưới tác dụng của điện trường do sợi dây gây ra, điện tích dịch chuyển theo hướng đường sức điện trường đến khoảng cách r2 = 2 cm . Khi đó lực điện trường thực hiện một công A = 50 .10−7 J.Tính mật độ điện dài của dây? 121
1.5. Thông lượng của cường độ điện trường Định nghĩa thông lượng của cường độ điện trường qua một mặt dS rất nhỏ là một đại lượng được xác định bởi công thức: Do đó, thông lượng của điện trường qua một mặt cầu có bán kính r là tích phân của toàn bộ thông lượng xác định bởi công thức lên toàn bộ mặt cầu: Tích phân của một đơn vị diện tích dS trên toàn bộ mặt cầu chính là diện tích của mặt cầu S=4πr2 Do đó thông lượng của véc tơ điện trường gây bởi điện tích q được xác định bởi công thức: 122
1.5. Thông lượng của cường độ điện trường 123
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 2. Điện môi đặt trong điện trường không đổi 2.1 Lưỡng cực điện Cũng giống như các vật chất khác, vật liệu điện môi chứa hai loại điện tích dươngvà âm với số lượng bằng nhau. Tuy nhiên không giống như trong vật dẫn, các điện tích trong điện môi không thể chuyển động tự do bên trong vật liệu dưới tác dụng của điện trường.  Xét một nguyên tử điện môi trung hòa về điện bao gồm các điện tích dương Q và điện tích âm –Q với số lượng bằng nhau, Các điện tích này không phải là điện tích tự do mà chúng liên kết với nhau bằng một lực đàn hồi giống như trong một lò xo. Khi đặt điện trường lên nguyên tử của điện môi, các điện tích dương bị kéo theo chiều của điện trườngvà các điện tích âm bị kéo ngược chiều điện trường. Lò xo tưởng tượng này bị kéo giãn ra 124
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 2. Điện môi đặt trong điện trường không đổi 2.1 Lưỡng cực điện Như vậy dưới tác dụng của điện trường, nguyên tử biến thành một hệ tạo bởi hai nhóm các điện tích trái dấu cách nhau một khoảng cách d. Người ta gọi hệ như vậy là một lưỡng cực điện. Độ lớn của một lưỡng cực điện được đặc trưng bởi khái niệm véc tơ mô men lưỡng cực điện: Véc tơ mô men lưỡng cực điện có hướng từ điện tích âm hướng đến điện tích dương. Đơn vị của mômen lưỡng cực điện là Debye (ký hiệu là D) hoặc C.m với hệ số quy đổi là 1D =3.33.10-30C.m. 125
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 2. Điện môi đặt trong điện trường không đổi 2.2. Hiện tượng phân cực A. Hằng số điện môi Đặt một tụ điện phẳng dưới một hiệu điện thế cố định V, hai bản tụ đặt trong chân không và cách nhau một khoảng cách d. Khi đó các bản tụ được nạp lần lượt điện tích +Q0 và –Q0, điện tích này gọi là điện tích thực với trị số ±Q0=σS với S là diện tích bề mặt của bản tụ. Điện dung của tụ điện được định nghĩa là tỉ số giữa điện tích trên bản tụ và điện thế đặt giữa hai bản tụ, đối với tụ điện chân không của chúng ta có giá trị C0 Điện trường bên trong bản tụ là đều, có hướng từ bản cực tích điện dương sang bản tụ tích điện âm và có độ lớn: 126
A. Hằng số điện môi Nếu ta vẫn giữ không đổi hiệu điện thế V giữa hai bản tụ và đặt vào giữa chúng một vật liệu điện môi. Dưới ảnh hưởng của điện trường E các lưỡng cực sẽ xuất hiện (điện tích + dịch chuyển theo chiều điện trường và điện tích – ngược chiều điện trường).Đó chính là hiện tượng phân cực như ta đã nói ở phần 2.1 Nếu ta coi điện môi đồng chất, đẳng hướng và tuyến tính, các lưỡng cực trong điện môi sẽ sắp xếp tạo thành các chuỗi song song với nhau và vuông góc với bản cực tụ điện. Hiện tượng phân cực trong điện môi khi đặt trong điện trường Theo cách sắp xếp này, các điện tích trái dấu của các lưỡng cực nối đuôi nhau sẽ trung hòa lẫn nhau vàdo vậy điện môi được hình dung như một lưỡng cực lớn với các điện tích phân cực – và + ở phía ngoài cùng của các chuỗi, tiếp giáp với bề mặt của bản tụ. 127
A. Hằng số điện môi Sự xuất hiện của các nhóm điện tích trên bề mặt điện môi tiếp giáp với bản tụ sẽ chia điện tích thực Q trên bản tụ thành hai nhóm: - Nhóm điện tích liên kết P để ghép đôi với các điện tích trái dấu trên bề mặt điện môi nhằm trung hòa các điện tích phân cực của điện môi - Nhóm điện tích tự do Q0 tạo nên hiệu điện thế V. Do hiệu điện thế V không đổi, điều này có nghĩa là đã có thêm điện tích được tích tụ trên bề mặt bản tụ so với khi chưa đặt điện môi vào hay là Q=P+Q0. Điều đó có nghĩa là điện dung của tụ điện có chứa điện môi đã tăng lên và được xác định bởi công thức: Tỉ số của điện dung tụ điện sau và trước khi đặt vật liệu điện môi vào chính là hằng số điện môi tương đối ε của vật liệu 128
A. Hằng số điện môi Chú ý rằng trong trường hợp tụ điện chân không, điện trường và điện tích trên bản tụ được liên hệ với nhau bởi công thức: Thay vào công thức trên ta được: Hay là Công thức này chính là công thức mô tả quan hệ giữa véc tơ phân cực điện môi với điện trường trong điện môi tuyến tính 129
A. Hằng số điện môi Bảng: Quan hệ bán kính phân tử với hệ số khúc xạ ánh sáng và hằng số điện môi Tên chất khí Bán kính p.tử Rpt ν ν2 ε (200C, 760mmHg) Hyđrô 1,35 1,00014 1,00028 1,00027 Ôxy 1,82 1,00027 1,00054 1,00055 Nitơ 1,91 1,00030 1,00060 1,00060 Êtylen 2,78 1,00065 1,000130 1,000138 Bảng: Quan hệ áp suất với hằng số điện môi P (at) εKhông khí εCO2 εNitơ 1 1,00058 1,00098 1,0006 20 1,0108 1,020 1,0109 40 1,0218 1,050 1,055 Bảng quan hệ nhiệt độ với hằng số điện môi Bảng quan hệ độ ẩm với hằng số điện môi Nhiệt độ, oC εKhông khí Độ ẩm (%) εKhông khí +60 1,00052 0 1,00058 +20 1,00058 50 1,00060 -60 1,00081 100 1,00064 130
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 2. Điện môi đặt trong điện trường không đổi 2.2. Hiện tượng phân cực B. Các loại phân cực điện môi •Hiện tượng phân cực trong điện môi được hiểu nhưlà hậu quả của sự dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng của các điện tích trong điện môi dướitác dụng của E. •Xét ở mức độ phân tử, ta có thể nói ảnh hưởng của E lên mỗi phân tử là nó gây lên một một lưỡng cực điện ở mỗi phân tử. Độ lớn của mô men lưỡng cực µ phụ thuộc vào cường độ điện trường nội bộ trong phân tử EL theo quan hệ: Hệ số tỉ lệ α được gọi là hệ số phân cực của phân tử. •Nếu trong một đơn vị thể tích điện môi có chứa N0 phân tử thì véc tơ phân cực P được tính theo công thức sau: 131
Chương 6. Các quá trình điện lý của điện môi 2. Điện môi đặt trong điện trường không đổi 2.2. Hiện tượng phân cực B. Các loại phân cực điện môi •Thực tế điện môi chứa nhiều loại điện tích liên kết và điện tích tự do khác nhau, khả năng dịch chuyển của các loại điện tích này dưới tác dụng điện trường vì thế cũng khác nhau. •Do đó phân cực trong điện môi cũng là tổng hợp của các phân cực thành phần tồn tại bên trong điện môi, ứng với mỗi loại phân cực là một hệ số phân cực α khác nhau. Các thành phần phân cực chủ yếu trong điện môi bao gồm: 1. Phân cực điện tử - αe 2. Phân cực ion - αi 3. Phân cực định hướng - αd 4. Phân cực tiếp giáp (phân cực Maxwell-Wagner) 132

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.