Sách Vật Liệu Điện chuyên ngành

Chia sẻ: Pt Pt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

304
lượt xem 113
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản suất các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực ngành điện. Thường được phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất và công dụng của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu dẫn từ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sách Vật Liệu Điện chuyên ngành

Giáo trình Vật Liệu điện
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn L I NÓI U Trong b t kỳ m t ngành s n xu t nào thì nguyên v t li u gi m t vai trò vô cùng quan tr ng, nh t là i v i s phát tri n v i t c chóng m t c a khoa h c k thu t thì nó òi h i ph i có nh ng v t li u m i áp ng ư c nhu c u ph c v cho s phát tri n. c bi t i v i ngành k thu t i n thì v t li u l i gi m t vai trò quy t nh n s phát tri n c a ngành. Vì n u không có v t li u cách i n, v t li u d n t ... thì không th ch t o m t lo i thi t b i n nào dù là ơn gi n nh t. V i m t vai trò quan tr ng như v y và xu t phát t yêu c u, k ho ch ào t o, chương trình môn h c c a Trư ng Cao ng Ngo i ng - Công ngh Vi t Nh t. Chúng tôi ã biên so n cu n giáo trình V t li u i n g m 6 chương v i nh ng n i dung cơ b n sau: Nh ng lý thuy t cơ b n c a v t li u i n. - Nguyên nhân các hi n tư ng v t lý x y ra trong v t li u i n. - Phân lo i v t li u i n. - Nh ng c tính ch y u c a v t li u i n. - Giáo trình V t li u i n ư c biên so n ph c v cho công tác gi ng d y c a giáo viên và là tài li u h c t p c a h c sinh. Do chuyên môn và th i gian có h n nên không tránh kh i nh ng thi u sót, v y r t mong nh n ư c ý ki n óng góp c a ng nghi p và b n oc cu n sách t ch t lư ng cao hơn. TÁC GI 3 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng I: Sù ph©n cùc ®iÖn m«i I. cÊu t¹o vËt chÊt VËt chÊt ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c h¹t c¬ b¶n: Proton, Notron v ®iÖn tö. Proton mang ®iÖn tÝch d−¬ng, ®iÖn tö mang ®iÖn tÝch ©m cßn Notron kh«ng mang ®iÖn tÝch. H¹t nh©n nguyªn tö cÊu t¹o bëi Proton v Notron, c¸c ®iÖn tö lÊp ®Çt líp vá nguyªn tö l m c©n b»ng ®iÖn tÝch d−¬ng cña h¹t nh©n. Trong nguyªn tö, ®iÖn tö chØ cã thÓ chuyÓn ®éng trªn nh÷ng quü ®¹o x¸c ®Þnh, khi quay trªn quü ®¹o ®ã n¨ng l−îng ®−îc b¶o to n. Mçi quü ®¹o øng víi mét møc n¨ng l−îng. Quü ®¹o gÇn h¹t nh©n øng víi møc n¨ng l−îng thÊp, quü ®¹o xa h¹t nh©n øng víi møc n¨ng l−¬ng cao h¬n. Khi ®iÖn tö chuyÓn tõ quü ®¹o n y sang quü ®¹o kh¸c th× hÊp thô hay gi¶i phãng n¨ng l−îng. C¸c nguyªn tö liªn kÕt víi nhau t¹o th nh ph©n tö. Nguyªn tö mÊt mét ®iÖn tö trë th nh ion d−¬ng. nguyªn tö nhËn ®−îc thªm mét ®iÖn tö sÏ trë th nh ion ©m. c¸c chÊt láng, r¾n, khÝ cã thÓ ®−îc cÊu t¹o tõ nguyªn tö hay ph©n tö hay ion. 1. C¸c d¹ng liªn kÕt vËt chÊt. a) Liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ L sù liªn kÕt cña mét sè nguyªn tö th nh ph©n tö nhë c¸c ®iÖn tö gãp chung. VÝ dô: O2, H2, Cl2 sù liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ l m cho líp ®iÖn tö ë ngo i cïng ®−îc lÊp ®Çy, nªn rÊt v÷ng ch¾c, nã khã cã thÓ mÊt hoÆc nh©n thªm ®iÖn tö. VËy c¸c chÊt cã cÊu t¹o theo kiÓu liªn kÕt n y thuéc lo¹i vËt liÖu c¸ch ®iÖn tèt. Trong liªn kÕt ®ång ho¸ trÞ ®−îc chia ra l m hai phÇn: - Liªn kÕt trung tÝnh: L liªn kÕt ®ång ho¸ rÞ cã t©m cña c¸c ®iÖ tÝch d−¬ng trïng víi t©m ®iÖn tÝch ©m. VÝ dô: LÊy cÊu tróc cña ph©n tö Cl l m vÝ dô: Ph©n tö n y gåm hai nguyªn tö Cl. = = Cl Cl + Cl Cl Cl Cl Ph©n tö Cl cã hai ®iÖn tö gãp chung nh− vËy nguyªn tö Cl sÏ cã thªm mét ®iÖn tö ë líp ngo i, tæng cã 8 ®iÖn tö líp ngo i nªn rÊt bÒn v÷ng. 4 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn - Liªn kÕt cùc tÝnh (l−ìng tÝnh): L liªn kÕt khi cã t©m ®iÖn tÝch d−¬ng c¸ch t©m ®iÖn tÝch ©m mét kho¶ng l a n o ®ã. VÝ dô: HCl (Axit Clohy®ric). + = H Cl H Cl b) Liªn kÕt ion L liªn kÕt do lùc hót gi÷a c¸c ion d−¬ng v c¸c ion © víi nhau, lo¹i liªn kÐt n y cã søc bÒn ch¶y cao v c¬ giíi cao. NaCl = Na+ + Cl- VÝ dô: c) Liªn kÕt Van - ®ec – van. Lo¹i liªn kÕt n y th−êng gÆp ë lo¹i vËt liÖu cã m¹ng tinh thÓ kh«ng v÷ng ch¾c, cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp nh− Parafin. 2. ThuyÕt miÒn n¨ng l−îng 2 2 2 1. MiÒn ®Çy 3 3 2. MiÒn dÉn (rçng) 3. MiÒn cÊm 1 1 1 TÊt c¶ c¸c vËt thÓ tuú theo tÝnh chÊt dÉn ®iÖn cña nã cã thÓ n»m trong nhãm vËt dÉn, b¸n dÉn hoÆc ®iÖn m«i. Sù kh¸c nhau gi÷a c¸c nhãm ®−îc biÓu thÞ b»ng ®å thÞ n¨ng l−îng theo lý thuyÕt cña c¸c miÒn n¨ng l−îng cña vËt r¾n. - MiÒn ®Çy: Cã nhiÒu ®iÖn tö, sù liªn kÕt gi÷a ®iÖn tö v h¹t nh©n l bÒn v÷ng, t−¬ng øng víi nguyªn tö tr¹ng th¸i kh«ng bÞ kÝch thÝch. - MiÒn dÉn: Cã nhiÒu ®iÖn tö tù do, c¸c ®iÖn tö liªn kÕt yÕu víi h¹t nh©n, nã dÔ bÞ chuyÓn ®éng d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng (t−¬ng øng víi nguyªn tö bÞ kÝch thÝch). - MiÒn cÊm: §iÖn tö tù do kh«ng cã ë miÒn n y. a) VËt dÉn Cã miÒn ®Çy n»m s¸t víi miÒn dÉn do ®ã ®iÖn tö trong kim lo¹i ®−îc tù do, nã cã thÓ chuyÓn ®éng tõ miÒn ®Çy sang miÒn dÉn d−íi t¸c dông cña c−êng ®é ®iÖn tr−êng (E) yÕu ®Æt v o vËt dÉn. b) B¸n dÉn 5 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Cã miÒn cÊm hÑp, vïng n y cã thÓ kh¾c phôc ®−îc nhê t¸c dông cña n¨ng l−¬ng tõ bªn ngo i v o c¸c ®iÖn tö ë vïng ®Çy cã thÓ chuyÓn ®éng sang vïng dÉn ®−îc do vËy vËt dÉn cã thÓ dÉn ®iÖn. c) §iÖn m«i Cã miÒn cÊm lín, c¸c ®iÖn tö khã cã thÓ chuyÓn ®éng tõ miÒn ®Çy sang miÒn dÉn ®−îc. Do ®ã ®iÖn m«i muèn trë th nh vËt dÉn ph¶i cã tõ tr−êng E m¹nh ë ngo i t¸c dông v o. II. sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i §iÖn m«i l tÊt c¶ c¸c vËt liÖu c¸ch ®iÖn, nã tån t¹i ë c¸c tr¹ng th¸i: KhÝ, láng, r¾n. Mét hiÖn t−îng c¬ b¶n ph¸t sinh trong m«i chÊt khi ®Æt v o nã trong ®iÖn tr−êng ®ã l hiÖn t−îng ph©n cùc. Sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i l sù chuyÓn dÞch cã h−íng v cã giíi h¹n cña c¸c ®iÖn tÝch hoÆc sù ®Þnh h−íng tõng phÇn cña c¸c ph©n tö l−ìng cùc. C¸c ®¹i l−îng ph©n cùc l : p( γ ) : §iÖn trë suÊt, ®iÖn dÉn suÊt : H»ng sè ®iÖn m«i ε δ (hoÆc tg δ ) : Gãc tæn hao ®iÖn m«i Ect : C−êng ®é ®iÖn tr−êng chäc thñng 1. HiÖn t−îng ph©n cùc a) Ph©n tö trung tÝnh Bình thư ng Khi có i n trư ng tác d ng ---------- +++++++ 6 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn b) Phân t c c tính (lư ng c c) Bình thư ng Khi có i n trư ng tác d ng +++++++ + + - + + - - - - + + - +++++++ D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng, c¸c ®iÖn tÝch liªn kÕt cña ®iÖn m«i bÞ xoay theo h−íng cña lùc t¸c dông v o nã, c−êng ®é ®iÖn tr−êng c ng m¹nh, ®iÖn tÝch chuyÓn h−íng c ng m¹nh. §iÖn tÝch d−¬ng chuyÓn dÞch theo h−íng chuyÓn dÞch cña ®iÖn tr−êng t¸c dông, cßn ®iÖn tÝch ©m th× chuyÓn dÞch theo h−íng ng−îc lai. Khi kh«ng cßn ®iÖn tr−êng t¸c dông n÷a th× c¸c ®iÖn tÝch l¹i quay trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu. Trong ®iÖn m«i l−ìng cùc t¸c dông cña ®iÖn tr−êng g©y nªn sù ®Þnh h−íng t−¬ng øng c¸c phÇn tö l−ìng cùc kÕt qu¶ l trªn bÒ mÆt cña ®iÖn m«i h×nh th nh nh÷ng líp ®iÖn tÝch tr¸i dÊu nhau, ë mÆt h−íng vÒ ®iÖn cùc d−¬ng xuÊt hiÖn líp ®iÖn tÝch ©m, cßn ë mÆt h−íng vÒ ®iÖn tÝch ©m th× xuÊt hiÖn líp ®iÖn tÝch d−¬ng lóc n y sù ph©n cùc ® xong. Khi ®iÖn m«i ®ã l mét tô ®iÖn ®−îc tÝch ®iÖn. 2. HÖ sè ®iÖn m«i (ε) ý nghÜa cña ®iÖn m«i: L mét ®¹i l−îng ®¸nh gi¸ sù ph©n cùc m¹nh hay yÐu cña chÊt ®iÖn m«i. XÐt ®iÖn m«i bÊt kú cã g¾n c¸c ®iÖn cùc ®−îc c¾m v o m¹ch ®iÖn ®Òu cã thÓ xem nh− l mét tô ®iÖn cã ®iÖn dung x¸c ®Þn nh− ta biÕt, ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn sÏ l : Q = C.U (1.1) Trong ®ã: C l ®iÖn dung cña tô U l ®iÖn ¸p ®Æt v o tô ®iÖn. §iÖn tÝch Q ë trÞ sè ®iÖn ¸p cho tr−íc gåm hai th nh phÇn: Q = Q0 + Q’ (1.2) Q0 L th nh phÇn cã ë ®iÖn cùc nÕu nh− gi÷a c¸c cùc l ch©n kh«ng Q’ L th nh phÇn t¹o nªn bëi sù ph©n cùc ®iÖn m«i gi÷a c¸c ®iÖn cùc 7 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh quan träng nhÊt c¶u ®iÖn m«i cs ý nghÜa ®Æc biÖt ®èi víi kü thuËt l h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi. §¹i l−îng n y l tû sè gi÷a ®iÖn tÝch Q cña tô ®iÖn chÕ t¹o tõ lo¹i ®iÖn m«i Êy khi ®iÖn ¸p ®Æt v o cã mét gi¸ trÞ n o ®ã víi Q0 l ®iÖn tÝch cña tô cïng kÝch th−¬c ®Æt d−íi ®iÖn ¸p cïng trÞ sè nh−ng gi÷a c¸c ®iÖn cùc l ch©n kh«ng. Q Q'+ Q 0 Q' Q (1.3) +1 ε= = = = Q0 Q0 Q0 Q0 Tõ biÓu thøc (1.3) ta sÏ suy ra ®−îc h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi cña bÊt kú chÊt n o còng lín h¬n 1 v chØ b»ng 1 khi ®iÖn m«i l ch©n kh«ng. CÇn chó ý r»ng gi¸ tÞ h»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng phô thuéc v o hÖ sè ®¬n vÞ. Trong hÖ CGDE nã b»ng 1 cßn trong hÖ SI nã b»ng: 1 (F ) ε= 36π6π. 9 m Gi¸ trÞ h»ng sè ®iÖn m«i t−¬ng ®èi cña mét chÊt bÊt kú kh«ng phô thuéc v o viÖc lùa chän hÖ ®¬n vÞ. Trong nh÷ng phÇn tiÕp theo chÝnh ®¹i l−îng h»ng sè ®iÖn méi n y dïng ®Ó ®Æc tr−ng cho chÊt l−îng cña ®iÖn m«i, nh−ng ®Ó ng¾n gän ta bá bít ch÷ “t−¬ng ®èi”. Nh− vËy quan hÖ 1.1 cã thÓ biÓu diÔn d−íi d¹ng ph−¬ng tr×nh: Q = Q0ε = C.U = C0.U.ε (1.4) Trong ®ã: C0: §iÖn dung cña tô ®iÖn ®ã khi gi÷a c¸c ®iÖn cùc l ch©n kh«ng. Tõ (1.4) râ r ng h»ng sè ®iÖn m«i cña ε cña mét chÊt n o ®ã cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a ®iÖn dung cña tô ®iÖn cã ®iÖn m«i l chÊt ®ã víi ®iÖn dung cña tô ®iÖn cïng kÝch th−íc nh−ng méi l ch©n kh«ng. C ε= C0 VËy ta ®Þnh nghÜa: H»ng sè ®iÖn m«i cña mét chÊt ®iÖn m«i n o ®ã ®−îc x¸c ®Þnh b»ng tû sè gi÷a ®iÖn dung cña tô ®iÖn cã ®iÖn m«i l m b»ng chÊt ®ã v ®iÖn dung cña tô ®iÖn cã cïng kÝch th−íc nh−ng ®iÖn m«i l ch©n kh«ng. III. C¸c d¹ng ph©n cùc cña ®iÖn m«i Dùa trªn nguyªn t¾c vÒ th nh phÇn, ®Æc ®iÓm hoÆc thêi gian cña sù ph©n cùc ng−êi ta chia ph©n cùc ra c¸c d¹ng sau: 1. Theo c¸c lo¹i phÇn tö tÝch ®iÖn tham gia v o qu¸ tr×nh ph©n cùc. a) Ph©n cùc ®iÖn tö 8 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn L d¹ng ph©n cùc do sù xª dÞch cã giíi h¹n cña c¸c quü ®¹o chuyÓn ®éng cña c¸ ®iÖn tö d−íi d¹ng cña ®iÖn tr−êng bªn ngo i. Ph©n cùc ®iÖn tö x¶y ra ë tÊt c¶ c¸c nguyªn tö, ph©n tö, ion. §Æc ®iÓm cña d¹ng ph©n cùc n y nã cã thêi gian æn ®Þnh ph©n cùc v« cïng ng¾n 10-14 ÷ 10-13s. b) Ph©n cùc ion L d¹ng ph©n cùc g©y nªn bëi sù xª dÞch cña c¸c ion liªn kÕt cña c¸c chÊt ®iÖn m«i d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i thêi gian æn ®Þnh ph©n cùc 10-13 ÷ 10-12s. c)Ph©n cùc l−ìng cùc L d¹ng ph©n cùc g©y nªn bëi sù ®Þnh h−íng c¸c ph©n tö cã cù tÝnh d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i. d) Ph©n cùc kÕt cÊu L lo¹i ph©n cùc x¶y ra trong c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu kh«ng ®ång nh©t. Trong gianh giíi gi÷a hai m«i tr−êng kh¸c nhau cña chÊt ®iÖn m«i sÏ tÝch luü mét l−îng ®iÖn tÝch g©y ra sù ph©n cùc, qu¸ tr×nh n y kÐo d i h ng phót ®Õn h ng giê. e) Ph©n cùc tù ph¸t L d¹ng ph©n cùc cña c¸c ®iÖn m«i Xec – nhet. Nã cã ®Æc ®iÓm l tù ph©n cùc khi E ngo i b»ng 0. D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i dÉn tíi ph©n cùc rÊt m¹nh, ε cao cã tiªu tÇn n¨ng l−îng. 2. Theo c¸c d¹ng t¸c dông cã c¸c d¹ng sau: a) Ph©n cùc ® n håi L d¹ng ph©n cùc x¶y ra do biÕn d¹ng ® n h«i cña c¸c ph©n tö. Ph©n cùc ®iÖn tö v ph©n cùc ion l c¸c ph©n cùc ® n håi. b) Ph©n cùc nhiÖt L d¹ng ph©n cùc m ®iÖn m«i cã m«men c¶m øng d−íi t¸c dông cña bªn ngo i do sù ph©n bè kh«ng ®èi xøng cña c¸c ®iÖn tÝch khi chóng ë tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng nhiÖt. 3. Theo vËn tèc ph©n cùc Chia ra c¸c d¹ng sau: a) Ph©n cùc nhanh: Gåm c¸c ph©n cùc ®iÖn tö, ion (kh«ng to¶ nhiÖt) b) Ph©n cùc chËm: Nh− ph©n cùc kÕt cÊu, thêi gian x¶y ra ph©n cùc kÐo d i (cã sù tæn thÊt n¨ng l−îng). 9 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn 4. S¬ ®å ®¼ng trÞ cña ®iÖn m«i Sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i cã thÓ x¶y ra nhiÒu lo¹i ph©n cùc trong ®iÖn m«i ®ã hoÆc cã lo¹iu ®iÖn m«i chØ ph©n cùc ë lo¹i n y hoÆc lo¹i kh¸c. ®Ó biÓu thÞ c¸c lo¹i ph©n cùc cña ®iÖn m«i ta dïng s¬ ®å ®¼ng trÞ. Rlcc Ric Rcc Rkc Rtp Rcd U Q0 Qc Qi Qlcc Qic Qcc Qkc Qtp C0 Cc Ci Clcc Cic Ccc Ckc Ctp Trong ®ã: - Nh¸nh Q0 v C0 ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ch©n kh«ng. - Nh¸nh Qc v Cc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ®iÖn tö. - Nh¸nh Qi v Ci ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ion d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng (E) c¸c ion cña ®iÖn m«i sÏ chuyÓn dÞch. - Nh¸nh Qlcc v Clcc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc l−ìng cùc chËm d−íi t¸c dông cña E c¸c ph©n tö l−ìng cùc sÏ xoay theo h−íng cña ®iÖn tr−êng. Do ®ã sù ph©n cùc n y cã tiªu hao n¨ng l−îng nªn trong s¬ ®å ®iÖn dung C ®−îc nèi tiÕp víi ®iÖn trë, ®iÖn trë R n y ®Æc tr−ng cho sù tiªu hao n¨ng l−îng cho sù ph©n cùc g©y ra. - Nh¸nh Qic, Cic v Ric ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc ion chËm, lo¹i n y cã c¸c ion liªn kÕt yÕu trong m¹ng tinh thÓ sÏ chuyÓn dÞch khi cã ®iÖn tr−êng t¸c dông. - Nh¸nh Qic, Cic v Ric ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc chËm. - Nh¸nh Qkc, Ckc v Rkc ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc kÕt cÊu, lo¹i ph©n cùc n y chØ x¶y ra ®èi víi c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu kh«ng ®ång nhÊt. - Nh¸nh Qtp, Ctp v Rtp ®Æc tr−ng cho sù ph©n cùc tù ph¸t, lo¹i n y x¶y ra ®èi víi c¸c lo¹i ®iÖn m«i r¾n cã kÕt cÊu ion gäi l ®iÖn m«i Xe – NhÝt. Sù ph©n cùc tù ph¸t kÌm theo khuÕch t¸n n¨ng l−îng ®¸ng kÓ tøc l táa nhiÖt. - Nh¸nh cã Rcd l ®iÖn trë c¸ch ®iÖn ®Æc tr−ng bëi dßng ®iÖn rß qua ®iÖn m«i. 10 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn IV. hÖ sè ®iÖn m«i cña c¸c lo¹i m«i chÊt 1. H»ng sè ®iÖn m«i cña ®iÖn m«i khÝ C¸c chÊt khÝ cã ®Æc ®iÓm l mËt ®é rÊt bÐ, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö lín. Nhê ®ã sù ph©n cùc chÊt khÝ kh«ng ®¸ng kÓ v h»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt khÝ gÇn b»ng 1. Sù ph©n cùc cña chÊt khÝ cã thÓ l thuÇn tuý ®iÖn tö hoÆc l−ìng cùc nÕu ph©n tö khÝ ®ã cã cùc tÝnh. Nh−ng ngay ®èi víi khÝ cã cùc tÝnh, sù ph©n cùc ®iÖn tö vÉn cã ý nghÜa chñ yÕu. 2. H»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt láng So víi m«i chÊt khÝ m«i chÊt láng cã kÕt cÊu phøc t¹p h¬n nhiÒu nªn qu¸ tr×nh ph©n cùc trong chÊt láng còng phøc t¹p h¬n, do ®ã ta cã thÓ ph©n l m hai lo¹i moi chÊt láng sau: a) M«i chÊt láng trung tÝnh (DÇu M¸y biÕn ¸p, Benzen...) Trong m«i chÊt n y chñ yÕu xuÊt hÖn lo¹i ph©n cùc tøc thêi, trÞ sè ε≤ 2,5 VÝ dô: DÇu M¸y biÕn ¸p ε = 2,2 DÇu Benzen ε = 2,48 §èi víi chÊt láng trung tÝnh th× ε phô thuéc v o nhiÖt ®é (h×nh vÏ 4.1) cßn tÇn sè l¹i kh«ng ¶nh h−ëng ®Õn ε. ε ε 0 0 0 0 t s«i t f H×nh vÏ 4.1 b) M«i chÊt láng cã cùc tÝnh M«i chÊt láng n y cã kÕt cÊu l nh÷ng ph©n tö kh«ng trung ho vÒ ®iÖn hoÆc kÕt cÊu l−ìng cùc. VÝ dô: N−íc cÊt, dÇu thÇu dÇu, s¬n S«n v«... Tªn gäi chÊt láng ε ë t0 = 200C v f = 50Hz ThÇu dÇu 4,5 X« v«n 5,0 * XÐt quan hÖ cña ε víi nhiÖt ®é: ε = f(t) 11 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn - Khi nhiÖt dé t¨ng ®Õn t1 th× ε t¨ng nh−ng t¨ng chËm, tiÕp tôc t¨ng ®Õn nhiÖt ®é t2 th× ε t¨ng nhanh - NÕu t¨ng nhiÖt ®é t0 > t02 th× ε gi¶m, nh− vËy ®−êng biÕn thiªn cã mét ®iÓm cùc ®¹i øng víi ®iÖn m«i láng ë tr¹ng th¸i vËt lý cùc tÝnh. Tr¹ng th¸i vËt lý ®ã l do sù céng h−ëng cña hai dao ®éng do nhiÖt v do ®iÖn tr−êng t¸c ®éng (do c¶n trë cña nhiÖt ®é l m cho sù ph©n cùc khã kh¨n v× vËy khi t0 t¨ng sÏ l m cho ε gi¶m). * XÐt quan hÖ cña ε víi tÇn sè: ε = f(ω) hoÆc ε = F(f) Ta thÊy ε gi¶m v× f thay ®æi tøc l khi f t¨ng th× sù xoay h−ín cña c¸ ph©n tö l−ìng cùc c ng khã kh¨n. NÕu f t¨ng ®Õn gi¸ trÞ giíi h¹n n o ®ã th× sù ph©n cùc trë lªn kh«ng ho n th nh v ε gi¶m. ε ε εmax εlc ε 0 0 t0 t01 t02 f 3. H»ng sè ®iÖn m«i cña chÊt r¾n a) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu ph©n tö trung tÝnh (Parafin, l−u huúnh..) v c¸c m«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu tinh thÓ chÆt chÏ (NaCl, Al2O3). Lo¹i m«i chÊt n y cã kÕt cÊu trung tÝnh v kÕt cÊu ion chÆt chÏ nªn chØ cã ph©n cùc tøc thêi cña ®iÖn tö ion. Tªn gäi vËt liÖu HÖ sè khóc x¹ n2 ε Parafin 1,43 2,06 1,9 ÷ 2,2 Polistirol 1,55 3,4 2,4 ÷ 2,6 L−u huúnh 1,92 3,60 3,6 ÷ 4,0 Kim c−¬ng 2,40 5,76 5,6 ÷ 5,8 * XÐt khi nhiÖt ®é t¨ng - Víi m«i chÊt cã kÕt cÊu ph©n tö trung tÝnh (vÝ dô: Parafin) ta thÊy trÞ sè ε gi¶m do mËt ®é ph©n tö gi¶m ®Õn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña m«i chÊt th× ε c ng gi¶m xuèng m¹nh, v× mËt ®é ph©n tö løc ®ã cã sù gi¶m nh¶y vät (vÝ dô Parafin cã nhiÖt ®é nãng ch¶y ë t0 = 500C). 12 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn - M«i chÊt cã kÕt cÊu ion chÆt chÏ. Khi nhiÖt ®é t¨ng th× kh¶ n¨ng cùc ho¸ t¨ng h¬n sù gi¶m cña mËt ®é ph©n tö do vËy m ε t¨ng. b) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu tinh thÓ yÕu (tøc kÕt cÊu ion kh«ng chÆt chÏ) M«i chÊt cã kÕt cÊu cùc tÝnh (nh− vËt liÖu Xenlul«, cao su, cao ph©n tö....) ngo i ph©n cùc tøc thêi cßn cã thÓ cã sù ph©n cùc chËm. Do ®ã quan hÖ phô thuéc cña ε víi niÖt ®é v tÇn sè còng gièng nh− m«i chÊt láng cùc tÝnh. c) M«i chÊt r¾n cã kÕt cÊu phøc t¹p §©y l m«i chÊt th−êng gÆp trong thùc tÕ. KÕt cÊu cña nã gåm nhiÒu th nh phÇn cã trÞ sè ε kh¸c nhau. TrÞ sè ε cña lo¹i m«i chÊt n y ®−îc x¸c ®Þnh gÇn ®óng nh− sau: εx = θ1εx1 + θ2εx2 Trong ®ã: ε, ε1 v ε2 t−¬ng øng víi h»ng sè ®iÖn m«i cña hçn hîp v cña c¸c th nh phÇn riªng θ1, θ2: Nång ®é theo thÓ tÝch cña c¸c th nh phÇn tho¶ m n biÓu thøc θ1+ θ2 = 1 x: H»ng sè ®Æc tr−ng cho sù ph©n bè cña c¸c th nh phÇn v gi¸ trÞ tõ +1→-1. - Khi m¾c nèi tiÕp c¸c th nh phÇn x = -1 ta cã: 1 θ1 θ 2 =+ ε ε1 ε 2 - Khi m¾c song song c¸c th nh phÇn x = -1 biÓu thøc cã d¹ng: ε = θ1ε1 + θ2ε2 13 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng II: TÝnh dÉn ®iÖn cña ®iÖn m«i I. §Æc ®iÓm cña ®iÖn m«i trong ®iÖn tr−êng Khi c¸c ®iÖn m«i n»m trong ®iÖn tr−êng khi chÞu t¸c dông cña mét c−êng ®é ®iÖn tr−êng E, trong tr−êng hîp ®ång nhÊt th× E ®−îc x¸c ®Þnh: U E= h Trong ®ã: E: §iÖn ¸p ®Æt lªn hai ®iÓm cùc h: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm cùc §iÖn m«i ®Æt d−íi ®iÖn tr−êng th× x¶y ra hiÖn t−îng c¬ b¶n ®ã l sù dÉn ®iÖn cña ®iÖn m«i v sù ph©n cùc cña ®iÖn m«i. §iÖn dÉn cña ®iÖn m«i ®−îc x¸c ®Þnh bëi sù chuyÓn ®éng cã h−íng cña c¸c ®iÖn tÝch tù do tån t¹i trong ®iÖn m«i (c¸c ®iÖn tÝch tù do cã thÓ l ®iÖn tö ,ion hoÆc c¸c nhãm phÇn tö mang ®iÖn). D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng: F = E.q (N) Trong ®ã: q: §iÖn tÝch cña c¸c phÇn tö mang ®iÖn tù do. C¸c ®iÖn tÝch (+) chuyÓn ®éng theo chiÒu cña E v ng−îc l¹i dÉn ®Õn trong ®iÖn m«i xuÊt hiÖn mét dßng ®iÖn. TrÞ sè cña dßng ®iÖn phô thuéc v o mËt ®é c¸c ®iÖn tÝch tù do trong ®iÖn m«i. Trong ®iÖn m«i tån t¹i rÊt Ýt c¸c ®iÖn tö tù do cßn l¹i l c¸c ®iÖn tÝch cã liªn kÕt chÆt chÏ nªn d−íi t¸c dông cña lùc ®iÖn tr−êng chóng kh«ng thÓ chuyÓn doäng xuyªn suèt ®iÖn m«i ®Ó t¹o th nh dßng ®iÖn m chØ cã thÓ xª dÞch rÊt Ýt hoÆc xoay h−íng theo chiÒu cña ®iÖn tr−êng. Qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn v ph©n cùc mét phÇn n¨ng l−îng bÞ tiªu hao v to¶ ra d−¬Ý d¹ng nhiÖt n¨ng dÉn ®Õn ®iÖn m«i nãng lªn ®ã l sù tæn hao ®iÖn m«i l©u d i dÉn ®Õn ®iÖn m«i bÞ l o ho¸. II. Kh¸i niÖm chung vÒ ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i VÒ gi¸ trÞ dßng ®iÖn ch¹y qua ®iÖn m«i b»ng E tæng ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng qua mét tiÕt diÖn vu«ng gãc trong mét ®¬n vÞ diÖn tÝch thêi gian. S XÐt mét m« h×nh ®iÖn m«i cã d¹ng h×nh trô cã tiÕt diÖn vu«ng gãc l S chiÒu d i bõng vËn tèc l=V chuyÓn ®éng trung b×nh cña c¸c phÇn tö trong mét thêi gian x¸c ®Þnh V chiÒu cña ®iÖn tr−êng trïng víi trôc h×nh trô. 14 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Gi¶ thiÕt diÖn tÝch chøa trong ®iÖn m«i l n v mçi phÇn tö cã ®iÖn tÝch l q. D−íi t¸c dông cña E sau mét ®¬n vÞ thêi gian th× c¸c ®iÖn tÝch tù do chuyÓn ®éng qua hÕt tiÕt diÖn S. Tæng ®iÖn tÝch qua S b»ng tæng ®iÖn tÝch chøa trong thÓ tÝch h×nh trô. Nh− vËy dßng qua ®iÖn m«i l : I = Q = q.n.v = q.n.s.V (A) (1.2) HoÆc I = J.S (J = q.n. V ) J l mËt ®é dßng ®iÖn A/m2. Tøc l tæng ®iÖn tÝch chuyÓn Trong ®ã: ®éng qua mét ®¬n vÞ ®iÖn tÝch c¸c tiÕt diÖn vu«ng gãc trong mét ®¬n vÞ thêi gian. q: L ®iÖn l−îng cña ®iÖn tÝch n: l mËt ®é cña ®iÖn tÝch V : VËn tèc trung b×nh cña c¸c ®iÖn tÝch 1. §iÖn dÉn ®iÖn tö (dßng chuyÓn dÞch) Th nh phÇn mang ®iÖn tÝch l c¸c ®iÖn tö, lo¹i ®iÖn dÉn n y cã trong tÊt c¶ c¸c ®iÖn m«i. C¸c ®iÖn tö kh«ng ph¶i l nh÷ng h¹t ®¹i diÖn cho mét nguyªn tè ho¸ häc n o c¶ nªn trong ®iÖn dÉn ®iÖn tö kh«ng x¶y ra sù chuyÓn rêi vËt chÊt v kh«ng thay ®æi cña ®iÖn m«i. 2. §iÖn dÉn ion C¸c th nh phÇn mang ®iÖn l c¸c ion d−¬ng (+) v ion ©m (-), kh¸c víi ®iÖn tö c¸ ion mang ®Çy ®ñ tÝnh chÊt cña mét nguyªn tè ho¸ häcm nªn trong ®iÖn dÉn ion cã sù chuyÓn rêi vËt chÊt c¸c ion d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng dÉn ®Õn chuyÓn rêi vÒ hai ®iÖn cùc bÞ trung ho v tÝch luü dÉn trªn hai ®iÖn cùc, gièng nh− qu¸ tr×nh ®iÖn ph©n. 3. §iÖn dÉn di (dßng ®iÖn dß) §iÖn dÉn di l cßn gäi l ®iÖn dÉn Molion, th nh phÇn mang ®iÖn l c¸c nhãm, c¸c phÇn tö tÝch ®iÖn, c¸c t¹p cÊt tån t¹i trong chÊt ®iÖn m«i. ë tr¹ng th¸i c©n b»ng trong chÊt ®iÖn m«i cã sù trao ®æi liªn tôc gi÷a ®iÖn tÝch cña ®iÖn m«i v ®iÖn tÝch cña nguån dÉn ®Õn dßng ®iÖn qua ®iÖn m«i l kh«ng thay ®æi v ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i còng kh«ng ®«i rheo thêi gian. §ã l tr¹ng th¸i b¶o to n ®iÖn tÝch cña ®iÖn m«i. 15 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn III. ®iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i khÝ Trong c¸c chÊt khÝ mËt ®é ph©n rö rÊt nhá kho¶ng c¸ch gi÷a chóng l¹i lín cho nªn lùc t−¬ng t¸c gi÷a chóng rÊt nhá trong chÊt khÝ lu«n tån t¹i mét sè Ýt c¸c ®iÖn tÝch tù do, chóng l kÕt qu¶ qu¸ tr×nh ion ho¸. MÆc dï trong qu¸ tr×nh ®iÖn m«i khÝ lu«n x¶y ra qu¸ tr×nh ion ho¸ tù nhien nh−ng v× lu«n cã mét sè l−îng ®iÖn tÝch tù do nhÊt ®Þnh dÉn ®Õn sù ion ho¸ c¸c t¸c hîp c©n b»ng nhau (sè ®iÖn tÝch xuÊt hiÖn do ion ho¸ c©n b»ng víi sè ®iÖn tÝch bÞ t¸c hîp). Trong ®iÖn tr−êng m¹nh dÉn tíi sù ion ho¸ do va ch¹m t¨ng lªn, l−îng ®iÖn tÝch tù do t¨ng nhanh. D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng c¸c ®iÖn tÝch tù do b¾t ®Çu chuyÓn ®éng dÉn tíi c¸c ®iÖn tÝch tham gia c¶ v o qu¸ tr×nh t¸i hîp v c¶ qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn. Khi ®iÖn tr−êng t¨n dÉn ®Õn dßng ®iÖn qua ®iÖn m«i khÝ t¨ng do c ng cã nhiÒu ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng ®Õn ®iÖn cùc. §iÒu n y ®−îc gi¶i thÝc l : Do c−êng ®é ®iÖn tr−êng m¹nh cho nªn c¸c ®iÖn tÝch tù do chuyÓn ®éng nhanh h¬n vÒ ®iÖn cùc nªn Ýt cã kh¶ n¨ng t¸i hîp. H×nh vÏ biÓu diÔn quan hÖ phô thuéc cña dßng ®iÖn ch¹y qua chÊt ®iÖn m«i v o ®iÖn ¸p ®Æt. I III I II c Ibh b a 0 U1 U2 U3 U Vïng I: øng víi khu vùc ®iÖn tr−êng bø cho nªn c−êng ®é ®iÖn tr−êng rÊt hë dÉn tíi sè l−îng ®iÖn tÝch tham gia v o qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn nhá h¬n so víi sè l−îng ®iÖn tÝch bÞ t¸i hîp. Nh− vËy mËt ®é ®iÖn tÝch tù do Ýt v l mét h»ng sè. §iÖn dÉn cña ®iÖn m«i khÝ trong ®iÖn tr−êng yÕu ta thÊy dßng ®iÖn t¨ng tuyÕn tÝnh víi ®iÖn ¸p. Vïng II: øng víi khu vùc cã dßng ®iÑn b o ho , ®iÖn tr−êng t¨ng dÇn dÕn sè ®iÖn tÝch chuyÓn ®éng ®Õn ®iÖn cùc t¨ng, t¹i ®iÓm a tÊt c¶ c¸c ®iÖn tÝch xuÊt hiÖn do ion ho¸ ®Òu tham gia v o qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn. Râ r ng l dßng ®iÖn b o ho kh«ng phô théc v o ®iÖn ¸p, c¸c yÕu tè g©y ion ho¸ tù nhiªn l yÕu tè quyÕt ®Þnh dßng b o ho , mËt ®é dßng ®iÖn b o ho J = 6.10-15(A/m2). 16 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Vïng III: øng víi khu vùc ®iÖn tr−êng m¹nh (®iÖn ¸p cao). ë khu vùc n y b¾t dÇu dßng ®iÖn t¨ng nhanh, kh«ng gièng nh− ®Þnh luËt ¤m, ®iÒu n y chØ cã thÓ gi¶i thÝch trªn c¬ së cña hiÖn t−îng ion do va ch¹m, sè ion ho¸ xuÊt hiÖn t¨ng nhanh, nã l h m cña c−êng ®é ®iÖn tr−êng: (A/m2) N0 = NE ⇒ J = NE.q.h Trong ®ã: q l ®iÖn tÝch cña phÇn tö mang ®iÖn (c) h l kho¶ng c¸ch hai ®iÖn cùc (m) T¹i ®iÓm x¶y ra qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong chÊt khÝ tøc l nèi liÒn hai ®iÖn cùc b»ng mét cÇu cã ®iÖn dÉn cao, lóc n y kh«ng khÝ trë th nh vËt dÉn ®iÖn. IV. ®iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i láng Trong c¸c ®iÖn m«i láng tån t¹i 2 lo¹i ®iÖn dÉn kh¸c nhau: §ã l ®iÖn dÉn ion v ®iÖn dÉn ®iÖn di. 1. §iÖn dÉn ion cña c¸c ®iÖn m«i láng Kh¸c víi c¸c ®iÖn m«i khÝ trong ®iÖn m«i láng c¸c ®iÖn tÝch tù doxuÊt hiÖn kh«ng chØ do sù ion ho¸ g©y nªn m cßn do qu¸ tr×nh ph©n ly cña c¸c ph©n tö cña chÝnh chÊt láng. Trong c¸c ®iÖn m«i láng bao giê còng lÉn t¹p chÊt th«ng th−êng. V× c¸c t¹p chÊt rÊt dÔ ph©n ly h¬n c¸c ph©n tö cña ®iÖn m«i chÝnh, nªn ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i láng gå ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i chÝnh v ®iÖn dÉn cña t¹p chÊt. N−íc l lo¹i t¹p chÊt phæ biÕn lÉn v o ®iÖn m«i láng. Nã tån t¹i d−íi 3 d¹ng: N−íc tan, n−íc huyÒn phï v n−íc d−. N−íc d− cã thÓ næi hoÆc ch×nh trßng ®iÖn m«i tuú thuéc v o tû träng cña n−íc v tû träng cña ®iÖn m«i, tû träng ®iÖn m«i > 1000 kg/m2 th× n−íc d− næi v ng−îc l¹i. Kh¶ n¨ng ph©n ly cña c¸c ph©n tö cang lín dÉn ®Õn ®iÖn m«i láng cã ®iÖn dÉn lín. 2. §iÖn dÉn ®iÖn di §iÖn dÉn ®iÖn di cßn gäi l ®iÖn dÉn Molion l sù chuyÓn dÝch cã h−íng cña nhãm c¸c phÇn tö mang ®iÖn (tÝch ®iÖn) d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngo i. Trong ®iÖn m«i láng cã tån t¹i nhiÒu h¹t d¹ng keo tÝch ®iÖn chuyÓn ®éng trong ®iÖn tr−êng gièng nh− c¸c phÇn tö tÝch ®iÖn tù do. Tuú theo sù quan hÖ gi÷a ε cña chÊt láng v ε cña t¹p chÊt d¹ng keo n y m chóng cã thÓ tÝch ®iÖn tÝch d−¬ng (+) hoÆc ©m (-). 17 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn - NÕu εtc < ε chÊt láng: H¹t keo tÝch ®iÖn ©m (-) - NÕu εtc > ε chÊt láng: H¹t keo tÝch ®iÖn d−¬ng (+) Trong ®iÖn tr−êng c¸c h¹t keo tËp trung ë c¸c ®iÖn cùc hoÆc l vïng cã c−êng ®é ®iÖn tr−êng lín, do mËt ®é t¹p chÊt c¸c vïng n y t¨ng cho nªn t¹p chÊt trong ®iÖn m«i gi¶m tøc l l m s¹ch ®iÖn m«i. §iÖn dÉn cña ®iÖn m«i láng sau khi ®ãng v o ®iÖn mét chiÒu th× gi¶m do hiÖu øng l m s¹ch. HiÖu øng n y kh«ng xuÊ hiÖn ë nguån ®iÖn xoay chiÒu bëi v× cã sù thay ®æi h−íng liªn tôc cña c¸c h¹t keo tÝch ®iÖn n y. V. §iÖn dÉn cña c¸c ®iÖn m«i r¾n §iÖn m«i r¾n cã rÊt nhiÒu v ®a d¹ng vÒ th nh phÇn ho¸ häc v cÊu tróc, vÒ ®é s¹ch v t¹p chÊt... Trong ®iÖn m«i r¾n c¸c phÇn tö bÞ r ng buéc v o ®iÓm mót, chóng cã chØ cã thÓ dao ®éng quanh vÞ trÝ c©n b»ng n y. qu¸ tr×nh chuyÓn dÞch cña c¸c phÇn tö tõ vÞ trÝ n y ®Õn vÞ trÝ kh¸c rÊt khã kh¨n. §iÖn dÉn cña ®iÖn m«i r¾n rÊt kh¸c nhau, kh«ng nh÷ng bëi lo¹i ®iÖn m«i m cßn bëi th nh phÇn t¹p chÊt v ®iÒu kiÖn l m viÖc cña chóng. Is Trong ®iÖn m«i r¾n th nh phÇn mang ®iÖn tÝch l c¸c ®iÖn tÝch tù do tån IV t¹i trong ®iÖn m«i, chóng cã thÓ l ®iÖn tö, ion hoÆc ion cña c¸c t¹p chÊt. §iÖn dÉn Is cña ®iÖn m«i r¾n cã thÓ l ®iÖn dÉn cña ®iÖn tö, ®iÖn dÉn ion hay tæng hîp cña hai lo¹i ®iÖn dÉn n y. C¸c ®iÖn tÝch tù do cßn tån t¹i ngay c¶ líp bôi, Èm b¸m trªn bÒ mÆt cña ®iÖn m«i. Do ®ã m tån t¹i kh«ng chØ dßng ®iÖn ch¹y xuyªn qua bÒ dÇy ®iÖn m«i (dßng ®iÖn khèi Iv) m cßn tån t¹i dßng ®iÖn ch¹y theo bÒ mÆt cña nã (dßng ®iÖn mÆt Is). ChÝnh v× vËy m ®èi víi ®iÖn m«i r¾n cã hai kh¸i niÖm. §iÖn dÉn suÊt khèi γV v ®iÖn dÉn suÊt mÆt γs 1 1 , ρv = ρs = γv γs ρv: §iÖn dÉn suÊt cña ®iÖn m«i. VÒ trÞ sè cña ®iÖn troÎ suÊt khèi l ®iÖn trë suÊt cña mét khèi vËt liÖu cã d¹ng h×nh lËp ph−¬ng cã c¹nh l 1cm khi dßng ®iÖn ch¹y qua hai mÆt ®èi diÖn. §¬n vÞ cña ρv l Ωcm. ρs: §iÖn trë mÆt l ®iÖn trë cña mét phÇn mÆt ®iÖn m«i cã d¹ng h×nh vu«ng khi dßng ®iÖn ®i qua hai c¹nh ®èi diÖn, ®¬n vÞ l Ω. 18 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Ch−¬ng III: sù phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ I. kh¸i niÖm chung Sù phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ Khi nghiªn cøu vÒ ®iÖn dÉn cña ®iÖn m«i khÝ ta ® biÕt quan hÖ gi÷a mËt ®é dßng ®iÖn khÝ víi c−êng ®é ®iÖn tr−êng t¸c dông. - Khi E < E2 th× dßng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ kh«ng tù duy tr×. - Khi E > E2 trong ®iÖn m«i khÝ b¾t ®Çu x¶y ra hiÖn t−îng io ho¸ va ch¹m, dßng ®iÖn j trong chÊt khÝ tù duy tr×, dßng ®iÖn lóc n y t¨ng lªn rÊt nhanh, do ®ã chÊt khÝ sÏ mÊt hÕt tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn (chÊt khÝ c¸ch ®iÑn bÞ chäc thñng). §iÖn ¸p øng víi tr−êng hîp n y gäi l ®iÖn ¸p chäc thñng chÊt khÝ v c−êng ®é ®iÖn tr−êng 0 E1 E2 = ECT E chäc thñng l : U CT (KV/cm) E CT = d Trong ®ã: ECT: C−êng ®é ®iÖn tr−êng chäc thñng UCT: §iÖn ¸p chäc thñng chÊt khÝ d: BÒ d y ®iÖn m«i chç chäc thñng. - Khi chÊt khÝ bÞ chäc thñng th× nã trë th nh chÊt dÉn ®iÖn, cã dè ®iÖn tö tù do v sè ion lín gäi l Plasma. Plasma cã ®iÖn dÉn lín. VËy sù phãng ®iÖn trong ch©t khÝ l sù h×nh th nh Plasma cña to n bé hay mét phÇn chÊt khÝ trong kh«ng gian gi÷a c¸c ®iÖn cùc, sù phãng ®iÖn ®ã phô théc v o d¹ng cña ®iÖn tr−êng, c«ng suÊt cña nguån v ¸p suÊt cña chÊt khÝ m«i tr−êng xung quanh. II. C¸c d¹ng phãng ®iÖn trong ®iÖn m«i khÝ ë ®©y ta nªu ra c¸c d¹ng phãng ®iÖn sau: 1. Phãng ®iÖn to¶ s¸ng Phãng ®iÖn to¶ s¸ng l d¹ng phãng ®iÖn trong khe hë kh«ng khÝ cã ¸p suÊt thÊp. Tr−êng hîp n y Plasma kh«ng thÓ cã ®iÖn dÉn lín, mÆc dï møc ®é ion ho¸ cã cao nh−ng v× sè ph©n tö khÝ trong ®¬n vÞ khèi rÊt Ýt. 19 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn Phãng ®iÖn të s¸ng th−êng chiÕm c¶ kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c ®iÖn cùc, thÝ dô nh− phãng ®iÖn trong ®Ìn neon. 2. Phãng ®iÖn tia löa Phãng ®iÖn tia löa ph¸t sinh trong khe hë kh«ng khÝ khi cã ¸p suÊt cao, c«ng suÊt cña nguån kh«ng lín l¾m hoÆc lín nh−ng thêi gian t¸c dông cña ®iÖn ¸p nhá v chØ ph¸t sinh ra tia löa hÑp gi÷a hai ®iÖn cùc. Do c«ng suÊt nhá, thêi gian t¸c dông ng¾n do ®ã tia löa cña nã bÞ gi¸n ®o¹n, chËp chên gÉy khóc v cã khi chia th nh nh¸nh gi÷a hai ®iÖn cùc. 3. Phãng ®iÖn hå quang Phãng ®iÖn hå quang l giai ®o¹n tiÕp theo cña phãng ®iÖn tia löa khi c«ng suÊt cña nguån lín. Tr−êng hîp n y cã thÓ cã dßng ®iÖn lín ch¹y qua khe hë l m nãng chÊt khÝ gi÷a khe hë dÉn ®Õn sù ion ho¸ nhiÖt t¨ng, ®iÖn dÉn cña khe hë khÝ t¨ng v do ®ã l¹i l m cho dßng ®iÖn trong khe hë t¨ng tiÕp ®Õn khi ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng (tøc l khi tæn hao nhiÖt cña tia phãng ®iÖn l chÊm døt sù t¨ng cña nhiÖt ®é). Qu¸ tr×nh n y cÇn cã mét thêi gian, do ®ã phãng ®iÖn tia löa sÏ kh«ng tr th nh phãng ®iÖn hå quang nÕu ®iÖn ¸p t¸c dông lªn khe hë trong thêi gian qu¸ ng¾n. Nh− vËy phãng ®iÖn hå quang ®Æc tr−ng bëi nhiÖt cao v ®é ion ho¸ cao. 4. Phãng ®iÖn vÇng quang Phãng ®iÖn vÇng quan l mét d¹ng phãng ®iÖn x¶y ra trong ®iÖn tr−êng kh«ng ®ång nhÊt. Tr−êng hîp n y sù phãng ®iÖn (sù ion ho¸) chØ ph¸t sinh trong mét khu vùc bÐ xung quanh ®iÖn cùc cã c−êng ®é ®iÖn tr−êng lín. Khi cã phãng ®iÖn vÇng quang khe hë khÝ kh«ng ph¶i ® mÊt tÝnh chÊt c¸ch ®iÖn, tuy vËy trong c¸c kÕt cÊu c¸ch ®iÖn kh«ng nªn ®Ó x¶y ra phãng ®iÖn vÇng quang. II. HiÖn t−îng ion ho¸ kÝch thÝch kÕt hîp khuÕch t¸n 1. HiÖn t−îng ion ho¸ L hiÖn t−îng nguyªn tö khÝ hoÆc ph©n tö hÊp thô thªm n¨ng l−îng ë bªn ngo i (do va ch¹m hoÆc do c¸c tia löa bøc x¹) l m cho mét ®iÖn tö cña nguyªn tö hoÆc ph©n tö trung tÝnh t¸ch ra khái nguyªn tö hoÆc ph©n tö ®ã. §iÖn tö bÞ t¸ch ra cã thÓ th h ®iÖn tö tù do hoÆc bÞ nguyªn tö trung tÝnh kh¸c hÊp thô ®Ó trë 20 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng
Simpo Gi¸o Merge VËt Split ®iÖn PDF tr×nh and liÖu Unregistered Version - http://www.simpopdf.com http://www.ebook.edu.vn th nh ion ©m. Do cã ®iÖn tö t¸ch ra nªn nguyªn tö, ph©n tö bÞ mÊt c©n b»ng vÒ ®iÖn v sÏ trë th nh ion d−¬ng. §iÒu kiÖn ®Ó cã hiÖn t−îng ion ho¸ l : We ≥ Wi Trong ®ã: We l n¨ng l−îng m ®iÖn tö nhËn ®−îc We = E.q.λ E: C−êng ®é ®iÖn tr−êng t¸c dông q: §iÖn tÝch cña ®iÖn tö λ: §o¹n ®−êng di chuyÓn tù do trung b×nh cña ®iÖn tö Wi l n¨ng l−îng cÇn thiÕt ®Ó ion ho¸ chÊt Wi = q.Ui Ui: §iÖn ¸p ®Ó ion ho¸ q: §iÖn tÝch cña ®iÖn tö 2. HiÖn t−îng kÝch thÝch L hiÖn t−îng nguyªn tö khÝ hÊp thô mét n¨ng l−îng bÐ h¬n n¨ng l−îng ion ho¸ (We< Wi), lóc ®ã c¸c ®iÖn tö chØ cã thÓ chuyÓn tõ quü ®¹o n y sang quü ®¹o kh¸c cã møc n¨ng l−îng cao h¬n. Nh−ng tr¹ng th¸i ®ã chØ tån t¹i trong mét thêi gian rÊt ng¾n 10-7 ÷ 10-8. Sau thêi gian n y c¸c ®iÖn tö trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu cã møc n¨ng l−îng thÊp h¬n.. N¨ng l−îng ® tiªu thô cho qu¸ tr×nh kÝch thÝch, lóc n y ®−îc tho¸t ra d−íi d¹ng c¸c tia s¸ng ®iÖn tö (quang tö). 3. HiÖn t−îng kÕt hîp L hiÖn t−îng m c¸c ion d−¬ng va ch¹m víi c¸c ®iÖn tö tù do hoÆc víi c¸c ion ©m kÕt hîp víi nhau ®Ó trë th nh nguyªn tö hay ph©n tö trung ho . HiÖn t−îng n y l m gi¶m ®iÖn tÝch trong kh«ng gian. Qu¸ tr×nh kÕt hîp còng ph¸t ra mét n¨ng l−îng d−íi d¹ng bøc x¹. 4. HiÖn t−îng khuÕch t¸n L hiÖn t−îng c¸c ion v ®iÖn tö di chuyÓn tõ vïng cã mËt ®é lín sang vïng cã mËt ®é bÐ. Nguyªn nh©n cña hiÖn t−îng n y l do sù chuyÓn ®éng nhiÖt hçn lo¹n chø kh«ng ph¶i do sù ®Èy nhau cña c¸c ion cïng dÊu, bëi v× dï cho mËt ®é c¸c ion v ®iÖn tö rÊt lín nh−ng vÒ t−¬ng ®èi th× kho¶ng c¸ch gi÷a chóng l rÊt lín. 21 Biªn so¹n: §ç Nh− Tr−ëng