VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 1 · 2016. 4. 8. · thiên liên tụcqua mặtphân cách giữahai...
22
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƢ BỘ MÔN VẬT LÝ VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 1
Transcript of VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 1 · 2016. 4. 8. · thiên liên tụcqua mặtphân cách giữahai...
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SƢ
BỘ MÔN VẬT LÝ
VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 1
Chương 7: ĐIỆN MÔI
1. Khái niệm về chất điện môi
2. Sự phân cực của điện môi
3. Điện trƣờng trong chất điện môi
5. Điện môi đặc biệt.
1. KHÁI NIỆM VỀ CHẤT ĐIỆN MÔI
Về phương diện điện học, các chất chia làm ba loại:
Dẫn điệnCó điện tích tự do
Vd: các kim loại
Điện môiKhông có điện tích tự do
Vd: các phi kim
Bán dẫnĐiện tích liên kết yếu
Vd: Ge, Si
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
-----
+++++
0E 0
E'
a. Hiện tượng phân cực điện môi:
Điện tích liên kết
Hiện tượng xuất hiện các điện tích trên thanh điệnmôi khi nó đặt trong điện trường ngoài được gọi làhiện tượng phân cực điện môi.
0E 0
Nếu thanh điệnmôi không đồngchất và đẳnghướng thì điệntích xuất hiệnngay cả tronglòng thanh điệnmôi.
b. Giải thích hiện tượng phân cực điện môi
Khi xét tương tác giữa các electron của mỗi nguyên tử,phân tử với điện tich hay điện trường ngoài, ta coi tác dụngcủa các electron tương đương như một điện tích điểm tổngcộng –q đứng yên tại một vị trí trung bình nào đó – gọi làtâm của các điện tích âm.
Tương tự, tác dụng của hạt nhân tương đương như mộtđiện tích +q đặt tại tâm của các điện tích dương.
Khi chưa có điện trường ngoài, tâm của các điện tích dươngvà tâm của các điện tích âm có thể trùng nhau hoặc lệchnhau.
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
- Nếu tâm của các điện tích dương và tâm của các điện tíchâm trùng nhau thì phân tử gọi là không phân cực.
Ví dụ: H2, Cl2, CCl4
0E 0
Không có điện trường
0E 0
có điện trường
-+-+
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
- Nếu tâm của các điện tích dương và tâm của các điện tíchâm không trùng nhau thì phân tử gọi là phân cực.
Ví dụ: H2O, NH3, NaCl …
0E 0
Không có điện trường
- +
ep
Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các mômen điện ep
của các phân tử sẽ xoay và định hướng theo đường sức của điện trường ngoài.
0E 0
0E 0
-----
+++++
Kết quả, trong lòng chất điện môi các điện tích tráidấu của các lưỡng cực phân tử vẫn trung hòa nhau,nhưng ở hai mặt giới hạn, xuất hiện các điện tích tráidấu – điện tích liên kết.
Điện trường ngoài càng mạnh, sự phân cực càng rõ rệt.
0E 0
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
c. Vectơ phân cực điện môi.
- là đại lượng đặc trưng cho mức độ phân cựccủa điện môi, đo bằng tổng các mômen điệncủa các phân tử có trong một đơn vị thể tíchcủa khối điện môi.
n
ei
i 1e
p
PV
+ Vectơ phân cực điện môi là mộtđại lượng vĩ mô, được coi như mộtmômen lưỡng cực điện ứng với mộtđơn vị thể tích của chất điện môi.
+ Đơn vị đo của vectơ phân cựcđiện môi là C/m2 (trùng với đơn vịđo mật độ điện tích mặt).
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
d. Liên hệ giữa véc tơ phân cực điện môi và mậtđộ điện tích liên kết:
++
+
++
-
---
--
0E
eP
n Khi đó hình trụ coi như
một lưỡng cực điện cómômen điện:
eip p q '. S.
’
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
++
+
++
-
---
--
0E
eP
n
’
Mà, vectơ phân cực của khối điện môi trong hình trụ đó :
n
ei
i 1e
pp '. S.
PV V S. .cos
Suy ra: e'
| P |cos
e en' P cos P Hay:
Vậy: Mật độ điện tích liên kết bằng hìnhchiếu của vectơ phân cực lên pháp tuyến củamặt giới hạn.
2. SỰ PHÂN CỰC ĐIỆN MÔI
a. Điện trường trong lòng chất điện môi.
oE
E
E'
M
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
0 0E E E' E E E'
Mà:
0
'E '
en
0
P
e
0
P
e e 0P E
Đối với chất điện môi đồng chất, đẳng hướng:
0 eE E E 0 0
e
E EE
1
Vậy: cường độ điện trường trong lòng chất điện môi giảm đi lần so với cường độ điện trường trong chân không.
e gọi là độ cảm điện
3. ĐIỆN TRƢỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI
b. Liên hệ giữa véc tơ cảm ứng điện và véc tơ phân cực điện môi.
3. ĐIỆN TRƢỜNG TRONG CHẤT ĐIỆN MÔI
Hệ số điện môi của một số chất:
Chất điện
môi
Chất điện
môi
Chân không 1 Parafin 2,2 – 2,3
Không khí 1,0006 Cao su mềm 2,6 – 3
Dầu hỏa 2,1 Mica 4 – 5,5
Nhựa thông 3,5 Thủy tinh 4 – 10
Ebônit 2,7 – 3 Sứ 6,3 – 7,5
4. ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT
a. Điện môi séc nhét:
- Muối séc nhét có công thức NaK(C2H2O3)2.4H2O
- Đặc tính của điện môi séc nhét :
• Hệ số điện môi của séc nhét phụ thuộc vào nhiệt độ,
có giá trị rất lớn.
• Vectơ phân cực Pe không tỉ lệ bậc nhất với cƣờng độ
điện trƣờng trong lòng chất điện môi.
• Giá trị của Pe phụ thuộc cƣờng độ điện trƣờng E
và trạng thái phân cực trƣớc đó của điện môi.
4. ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT
E
Pe
EK
- EK
O
Ped
Eb
- Eb
• Khi tăng nhiệt độ tới quá một nhiệt độ TC , séc nhét
mất hết các tính chất đăc biệt, trở thành điện môi
bình thƣờng.
b. Hiệu ứng áp điện.
Năm 1880 nhà vật lí Pie Curi và Giắc Curi đãphát hiện ra hiện tượng : khi kéo dãn hoặc néntinh thể điện môi theo các phương đặc biệttrong tinh thể thì trên các mặt giới hạn của tinhthể có xuất hiện các điện tích trái dấu. Hiệntượng đó được gọi là hiệu ứng áp điện thuận.
Ngược lại, nếu ta áp lên hai mặt tinh thể mộthiệu điện thế thì nó sẽ bị dãn hoặc nén. Đó làhiệu ứng áp điện nghịch
4. ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT
+
+
+
+
-
-
-
-- +
-
-
+
+
-
-
-
--
-
-+
+
+
++
+
+
Hiệu ứng áp địện thuận được ứngdụng để biến các dao động cơthành các dao động điện.
Hiệu ứng áp địện nghịch được ứng dụng để chế tạo các máy phát sóng siêu âm.
4. ĐIỆN MÔI ĐẶC BIỆT
ÔN TẬP
+ Phần bài tập: Các bài tập tối thiểu yêu cầu sinh viên ôn
tập (Sách BTVLĐC tập 2):
3.1, 3.3, 3.4, 3.5, 3.8.
+ Phần lý thuyết gồm các nội dung:
Khái niệm về hiện tượng phân cực điện môi. Vectơ phân
cực. Điện trường tổng hợp trong điện môi. Hiệu ứng áp điện
c. Định lí O – G trong môi trường điện môi – vectơ cảm ứng điện:
e0D E P
div D
( )
( )
trong S
S
Dd S q
Chân không Điện môi
tddivD
e lkdivP
Vectơ cảm ứng điện
tddivD
trong(S)
(S)
Dd S q
Nếu chất điện môi không đồng nhất và đẳng hướng thì và eP
E
không cùng phương, khi đó điện tích xuất hiện ngay cả trong lòng điện môi.
0D E
ĐM đc&đh:
2E
0E
1E
2E'
1E'
1nE
1tE
2nE
2tE
1 0 1E E E'
2 0 2E E E'
2t 0t 2tE E E' (2)
1t 0t 1tE E E' (1)
1n 0n 1nE E E' (3) 2n 0n 2n
E E E' (4)
Vì E’1t = E’2t = 0 nên E1t = E2t . Vậy: Thành phầntiếp tuyến của vectơ cường độ điện trường biếnthiên liên tục qua mặt phân cách giữa hai lớpđiện môi.
Lập luận tương tự, suy ra: Thành phần pháptuyến của vectơ cường độ điện trường biến thiênkhông liên tục qua mặt phân cách giữa hai lớpđiện môi.
1E1n = 2E2n
4. VECTƠ CĐĐT VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TẠI MẶT
PHÂN CÁCH HAI CHẤT ĐIỆN MÔI
4. VECTƠ CĐĐT VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TẠI MẶT
PHÂN CÁCH HAI CHẤT ĐIỆN MÔI
2E
0E
1E
2E'
1E'
1nE
1tE
2nE
2tE
1 11 0D E
2 22 0D E
2t 1 1t 1
1t 2 2t 2
D E
D E
Vậy: Thành phần tiếp tuyến của vectơ cảm ứngđiện biến thiên không liên tục qua mặt phâncách giữa hai lớp điện môi; Thành phần pháptuyến của vectơ cảm ứng điện biến thiên liêntục qua mặt phân cách giữa hai lớp điện môi.
2n 1 1n
1n 2 2n
D E1
D E
