Bai giang: Vât Liêu Ky Thuât Điên Ch ng 4ươ
Ch ng 4ươ
PHA HUY ĐIÊN MÔI
D i tac đông cua điên tr ng ngoai, trong điên môi se xay ra cac hiên t ng phân c c,ươ ươ ươ ư
dân điên va tôn hao. Khi điên ap đăt cang cao thi dong điên ro cang l n, dong điên dung cung ơ
tăng theo (trong tr ng h p điên môi hoat đông điên ap xoay chiêu), tôn hao năng l ngươ ơ ơ ươ
trong điên môi cung tăng theo t ng ng. Nh ng cac phân tr c đa nêu cac gia thiêt răng khi ươ ư ư ơ ươ
tăng điên ap đăt lên điên môi không lam cho điên môi thay đôi tinh chât cach điên.
Tuy nhiên tinh cach điên cua điên môi không thê gi đ c điên ap vô han ma không ư ươ
thay đôi tinh chât. Nêu nh chung ta tăng điên ap đăt lên cach điên t i môt m c nao đo thi se ư ơ ư
xay ra pha huy choc thung điên môi. Trong tr ng h p nay dong điên dân qua cach điên se tăng ươ ơ
môt cach manh me.
Khi xay ra choc thung se hinh thanh kênh dân choc thung ma trên th c tê la ngăn mach ư
gi a hai điên c c. Điên ap l n nhât Uư ư ơ ct đăt lên điên môi th i điêm choc thung đ c goi la ơ ơ ươ
điên ap choc thung.
Điên ap choc thung cach điên phu thuôc vao đô day cua điên môi, đô day cua l p điên ơ
môi cang l n thi điên ap choc thung cang cao. Điên môi khac nhau co cung đô day se co điên ap ơ
choc thung khac nhau. Điêu nay la c s đê đ a ra cac tham sô cua vât liêu cach điên va xac ơ ơ ư
đinh kha năng chiu choc thung. Đô bên điên E ct.
h.EU
h
U
E
ctct
ct
ct
=
=
Đô bên điên cua điên môi co thê đ c xem nh c ng đô choc thung cua điên tr ng ươ ư ươ ươ
hay ta co c ng đô điên tr ng trong điên môi tai vi tri va th i điêm choc thung. ươ ươ ơ
Nh đa biêt, gia tri Eư ct cua vât liêu phu thuôc vao đô day h, U ct tăng theo đô day không
phai theo ty lê thuân. Câu hoi con tr nên ph c tap h n khi xac đinh E ơ ư ơ ct điên tr ng khôngơ ươ
đông nhât. Cung nh cac tham sô khac E ư ct co thê phu thuôc vao nhiêu yêu tô khac: nhiêt đô, đô
âm, tân sô cua điên ap, th i gian đăt điên ap... ơ
Đê thiêt bi điên lam viêc d i điên ap co đô tin cây cao thi điên ap lam viêc U ươ p phai nho
h n điên ap choc thung. Hê sô Uơ ct /Up đ c goi la ươ hê sô d tr cua đô bên cach điên. ư ư
4.1 Pha huy điên môi khi.
Không khi la môi tr ng cach điên cua nh ng thiêt bi điên, điên t khac nhau. Trong ươ ư ư
nh ng tr ng h p khi nh ng thiêt bi lam viêc gân bê măt trai đât, thi cac qua trinh vât ly trongư ươ ơ ư
không khi xay ra điêu kiên ap suât binh th ng. Tuy nhiên trong ky thuât điên, điên t ơ ươ ư
th ng xuyên xay ra điêu kiên lam viêc ap suât cao, hoăc rât thâp.ươ ơ
4.1.1 Diên biên chung cua qua trinh phong điên.
1. Ion hoa chât khi.
44
P
U
I
Uct
Đăc tinh Volt-Ampe cua cach điên
Bai giang: Vât Liêu Ky Thuât Điên Ch ng 4ươ
Moi qua trinh phong điên trong chât khi đêu đ c băt nguôn t hiên t ng ion ươ ư ươ
hoa cac phân t khi trung tinh. Đo la hiên t ng phân ly phân t thanh ion d ng va ư ươ ư ươ
điên t hay noi cach khac la hiên t ng tach điên t ra khoi phân t . ư ươ ư ư
Đê giai thoat điên t ra khoi phân t phai cung câp điên t môt năng l ng đu ư ư ư ươ
l n theo điêu kiên:ơ
i
WW ≥
WI- năng l ng ion hoa.ươ
Ly thuyêt phong điên trong chât khi đ c xây d ng trên c s cac dang ion hoa ươ ư ơ ơ
sau đây:
−Ion hoa va cham:
La hiên t ng ion hoa gây nên b i va cham, chu yêu la va cham cua điên t v i ươ ơ ư ơ
phân t khi.ư
Khi đăt điên môi trong điên tr ng E d i tac dung cua l c điên tr ng F=q.E ươ ươ ư ươ
thi điên t di chuyên ng c chiêu v i chiêu cua điên tr ng: ư ươ ơ ươ
W=q.E.x
x- quang đ ng di chuyên. ươ
S ion hoa xay ra khi:ư
E.q
W
xx
x.W.qWx.E.qW
i
i
ii
=≥
=≥=
−Ion hoa quang:
La hiên t ng ion hoa ma năng l ng cua điên t nhân đ c t cac b c xa ươ ươ ư ươ ư ư
quang hoc.
Nêu goi
γλ,
la b c song va tân sô cua b c xa quang hoc. Năng l ng cua b c ươ ư ươ ư
xa quang hoc:
λ
=γ= h.c
.hW
c- tôc đô anh sang.
h- hăng sô Plank. h=6,5.10 -27Hz/s.
Điêu kiên ion hoa đ c viêt d i dang: ươ ươ
i
W
h.c
≤λ
Nêu nhin nhân anh sang d i dang hat thi ion hoa quang cung la môt dang ion ươ
hoa va cham v i cac hat phôton. ơ
−Ion hoa bê măt:
La hiên t ng giai thoat điên t bê măt cac điên c c kim loai. Năng l ng cân ươ ư ư ươ
thiêt đê tiên hanh ion hoa bê măt đ c goi la công thoat W ươ th. Tri sô` công thoat phu
thuôc vao vât liêu lam điên c c va trang thai bê măt cua điên c c. ư ư
Trong phong điên chât khi ion hoa bê măt đ c th c hiên chu yêu b i s băn ươ ư ơ ư
pha bê măt âm c c cua cac ion d ng va phôton ma cac hat nay la san phâm cua qua ư ươ
trinh ion hoa va cham va ion hoa quang nêu trên.
2. Diên biên cua phong điên.
Ion hoa va cham la nhân tô c ban cua qua trinh phong điên trong chât khi. ơ
Nhăm đ n gian hoa trong tinh toan đa s dung môt sô gia thiêt sau đây: ơ ư
−Điên t sau môi lân va cham v i phân t khi du co hay không gây ra ion ư ơ ư
hoa đêu mât đi toan bô năng l ng. ươ
−Tr c khi bi ion hoa cac phân t khi đêu trang thai binh th ng , nhươ ư ơ ươ ư
vây ta không xet kha năng ion hoa cac phân t khi đa bi kich thich. ư
−Quy đao cua điên t la đ ng thăng va co ph ng ng c chiêu v i ư ươ ươ ươ ơ
ph ng điên tr ng.ươ ươ
45
Bai giang: Vât Liêu Ky Thuât Điên Ch ng 4ươ
−Không xet kha năng gây ion hoa va cham cua ion d ng do đoan đ ng ươ ươ
t do cua chung qua ngăn so điên t .ư ư
−Hê sô ion hoa va cham cua điên t - hê sô ư α
Kha năng gây ion hoa cua cac phân t khi do va cham cua điên t đ c đăc ư ư ươ
tr ng b i hê sô ion hoa va cham đo la sô lân gây ion hoa va cham cua điên t khi no điư ơ ư
đoan đ ng 1cm trong môi tr ng khi co mât đô phân t N/cm ươ ươ ư 3 d i tac dung cuaươ
điên tr ng E. ươ
Co thê dê dang nhân thây hê sô α đ c xac đinh b i tich sô gi a sô lân va chamươ ơ ư
cua điên t v i cac phân t khi v i xac suât đê cac va cham đo gây ion hoa phân t ư ơ ư ơ ư
khi.
Xac đinh sô lân va cham:
Xem điên t va phân t khi nh la môt khôi câu co ban kinh r ư ư ư e va r. Trên măt
phăng đê co va cham gi a điên t v i cac phân t khi thi khoang cach gi a cac tâm ư ư ơ ư ư
cua chung phai băng hoăc be h n tông cac ban kinh. ơ
Nh vây nh ng phân t khi nao co tâm điêm năm trong hinh tron co diên tichư ư ư
π(re + r)2 se phat sinh va cham v i điên t va khi điên t di chuyên trên đoan đ ng ơ ư ư ươ
1cm thi moi phân t khi co tâm năm trong hinh tru co đay la hinh tron diên tich ư π(re +
r)2 va chiêu cao 1cm se phai va cham v i phân t đo. ơ ư
Sô l ng cac phân t khi nay đ c xac đinh b i: ươ ư ươ ơ
( )
N.1.rrS 2
e+π=
Do re<<r nên:
NrS 2
π=
Co thê nhân thây S cung la sô lân va cham cua điên t v i phân t khi khi no đi ư ơ ư
đoan đ ng 1cm va t đo se xac đinh đ c đoan đ ng t do(khoang cach gi a hai ươ ư ươ ươ ư ư
lân va cham kê tiêp nhau) trung binh cua điên t : ư
Thay thê mât đô phân t N cua chât khi b i: ư ơ
kT
P
N=
P- ap suât khi.
T- nhiêt đô tuyêt đôi ( oK).
k- hăng sô Boltzman, k=1,37.10 -16arg/oK.
Thi sô lân va cham va đoan đ ng t do trung binh se đ c biêu thi theo: ươ ư ươ
T.k
r
A
P.A
1
Pr
T.k
2
2
π
=
=
π
=λ
46
r
re
1cm
a
Bai giang: Vât Liêu Ky Thuât Điên Ch ng 4ươ
P.AS =
A- đ c xem la hăng s khi không xet đên s biên thiên cua nhiêt đô.ươ ố ư
Công th c trên cho thây sô lân va cham tăng theo ap suât trong khi đo đô daiư
đoan đ ng t do trung binh lai giam khi ap suât tăng cao. ươ ư
Gia thiêt tai x=0 (c c âm) co n ư o điên t : d i tac dung cua điên tr ng ư ươ ươ
S
U
E=
chung se
bay xuyên qua l p khi co mât đô N phân t /cmơ ư 3 đê t i c c d ng. ơ ư ươ
Khi bay nh vây chung se phat sinh va cham v i cac phân t khi. Dê dang nhân thâyư ơ ư
cang đi xa khoi c c âm thi sô điên t đa va cham v i phân t khi se tăng va ng c lai sô điên ư ư ơ ư ươ
t ch a t ng va cham v i phân t khi se giam dân.ư ư ư ơ ư
Nêu toa đô x sô điên t ch a bi va cham la n sô nay co đoan đ ng t do > x thi vi ơ ư ư ươ ư
phân dn trên đoan đ ng dx tiêp theo se la: ươ
λ
−=
−=
dx.n
dn
dx.S.ndn
Ph ng trinh vi phân trên cho kêt qua:ươ
λ
−
=
x
oe.nn
hoăc viêt:
λ
−
=
x
o
e
n
n
Công th c trên môt măt biêu thi phân bô cua sô điên t ch a bi va cham măt khac conư ư ư
xac đinh s phân bô cua đô dai đoan đ ng t do: ư ươ ư
( )
{ }
λ
−
=>=ζ
x
exââtdPx
T đo co thê xac đinh đ c xac suât ion hoa va cham đo la xac suât đê đoan đ ng tư ươ ươ ư
do co đô dai ≥ xI :
( )
λ
−
λ
−==ζ .E.q
W
x
i
i
i
eex
( )
q
W
B
ex
i
E
.B
i
=
=ζ
ρ
−
Cuôi cung hê sô ion hoa va cham đ c xac đinh b i: ươ ơ
( )
E
.B
i
e.P.A
x.S
ρ
−
=α
ζ=α
Hoăc viêt d i dang tông quat: ươ
=
α
P
E
f
P
47
-
-
-
-
-+
Phân bô cua đoan đ ng t do: ươ ư
Đoan đ ng t doth c co thê dai ươ ư ư
h n hoăc ngăn h n đoan đ ng tơ ơ ươ ư
do trung binh đ c xac đinh theo ươ
cac công th c trên. Đê xac đinh ư
luât phân bô hay xet vi du sau:
Bai giang: Vât Liêu Ky Thuât Điên Ch ng 4ươ
Quan hê
( )
Eα
khi p=const đ c trinh bay nh hinh trên. Hê sô ươ ư α tăng theo điên tr ng ươ
la do điên t tich luy đ c năng l ng cao va đăc biêt khi điên tr ng đu l n thi moi va cham ư ươ ươ ươ ơ
đêu gây ion hoa phân t khi va hê sô ư α đat gia tri t i han: ơ
P.AS
==α
Hinh thanh va phat triên cua thac điên t : ư
Kêt qua cua cac lân ion hoa va cham la lam xuât hiên cac điên t m i (va cac ion ư ơ
d ng), nh ng điên t nay se phai chiu l c tac dung cua điên tr ng... di chuyên va tich luyươ ư ư ư ươ
năng l ng va khi đat đ c điêu kiên Wươ ươ ≥WI hoăc x≥xI se gây ion hoa cac phân t khi khac. ư
D i đây se khao sat qui luât tăng cua sô điên tich trong khe h gi a hai điên c c vaươ ơ ư ư
phân bô cua chung trong không gian.
dx..ndn α=
T đo ta đ c:ư ươ
∫
=α
x
0
dx.
en
Va sô ion d ng se băng: n-1. ươ
Cac ion d ng va điên t đ c san sinh t qua trinh ion hoa se phân bô trong môt miên ươ ư ươ ư
xac đinh goi la thac điên t . ư
48
Gia thiêt luc ban đâu co tôn tai môt
điên t khu v c c c âm. Điêu nay không ư ơ ư ư
trai v i th c tê vi nh đa nêu trên do qua ơ ư ư ơ
trinh ion hoa quang t nhiên trong l p khi ư ơ
quyên luôn co điên t t do. Điên t noi ư ư ư
trên đ c goi la điên t kh i đâu vi la điênươ ư ơ
t đâu tiên gây ra ion hoa cac phân t khí.ư ư
Nêu n la sô điên t toa đô x thi vi phân dn ư ơ
se đ c xac đinh b i: ươ ơ
_
E
e
x
n
0
_
x
P
α
αmax
Pm
0
α
E
0
A.P