BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG - CHƯƠNG 3 ĐIỆN MÔI docx

TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội... Chương IIIĐiện môi Trong điện môi không có điện tích tự do, các điện tích hầu như cố định tại chỗ, chúng chỉ có thể dịc

Bμi giảng Vật lý đại cương

Tác giả: PGS TS Đỗ Ngọc Uấn

Viện Vật lý kỹ thuật Trường ĐH Bách khoa Hμ nội

Chương III

Điện môi

 Trong điện môi không có điện tích tự

do, các điện tích hầu như cố định tại chỗ, chúng chỉ có thể dịch chuyển khoảng cách rất nhỏ quanh vị trí cố định.

1.1 Hiện tượng phân cực điện môi: Trên

thanh điện môi B xuất hiện các điện tích trong

điện trường

1 Sự phân cực của chất điện môi

Trên thanh điện môi điện

tích xuất hiện ở đâu định xứ tại

đó -> gọi lμ điện tích liên kết

+ +

+ + + Điện tích liên kết sinh ra điện trường phụ E’

'

E r

0

E r

' E E

E r r 0 r

+

=

Điện trường trong điện môi:

1.2.Phân tử không phân cực vμ phân tử phân cực

a Phân tử không phân cực: Tâm điện tích âm

vμ tâm điện tích dương trùng nhau

b Phân tử phân cực: Khi chưa có điện trường ngoμi tâm của hai loại điện tích đã không trùng nhau ->

Phân tử không phân cực: H2, N2, CCl4

Phân cực trong điện trường ngoμi:

E

pr e 0 r

α ε

=

-+

- +

α độ phân cực

H2O, NH3, CH3Cl, NaCl v.v

Điện trường ngoμi không ảnh hưởng đến độ lớn của mμ chỉ có thể lμm định hướng nó

theo tác dụng của điện trường

e

p r

+

p r ei

e

p r

+

-1.3 Gi¶i thÝch hiÖn t−îng ph©n cùc

§iÖn m«i gåm c¸c ph©n tö ph©n cùc

Ph©n cùc trong

®iÖn tr−êng ngoμi

E r

0

Pre =

0

P re ≠

§iÖn m«i gåm c¸c ph©n tö kh«ng ph©n cùc:

D−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng ngoμi c¸c ph©n

tö bÞ ph©n cùc thμnh c¸c l−ìng cùc ®iÖn

Trªn mÆt giíi h¹n xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch liªn kÕt

VÐc t¬ ph©n cùc = tæng hîp cña c¸c vÐc t¬

ph©n cùc cña c¸c ph©n tö

+ + + +

-Điện môi lμ tinh thể ion: hai mạng ion +,- dịch

đi với nhau dưới tác dụng của điện trường

A+

B

-2 Véc tơ phân cực điện môi

A+

B

-E r

0

P re ≠

Định nghĩa: Đại lượng đo

bằng tổng các mômen lưỡng

cực điện của một đơn vị thể

p P

n

1 i

ei

e = Δ

∑

=

r r

E n

p n

P re 0re 0 0 r

α ε

=

χ ε

=

kT 3

p

n n

0

2 e

0 0

e = α = ε χ

Hệ số phân cực điện môi χe không thứ

nguyên, không phụ thuộc vμo E

Đối với điện môi có phân tử

phân cực với điện trường

ngoμi yếu:

Khi E lớn Pe tiến tới bão

hoμ vì các véc tơ phân cực

đều song theo điện trường

e 0

e

V

p

n

Δ

=

⇒ nhau

như

e

p r

Pe

E

2.2 Liên hệ giữa véc tơ phân cực điện môi với

mật độ điện mặt của các điện tích liên kết

V

| p

|

| P

| P

n

1 i

ei e

∑

=

r

+

-e

P r

n r

α

-σ’ +σ’

ΔS L

SL '

| p

|

n

1

i

ei = σ Δ

∑

=

r

Δ V=ΔS.Lcosα α

σ

=

cos

'

Pe σ’=Pe.cosα=Pen

Mật độ điện tích σ’của các điện tích liên kết trên mặt giới hạn của khối ĐM có trị số bằng hình

chiếu của véc tơ phân cực điện môi lên pháp

tuyến mặt đó

3 Điện trường tổng hợp trong điện môi

+ + + +

-+σ’ + + +

-σ’

-0

E r

'

E r

' E E

+

=

3.1 Điện môi trong điện trường E 0

σ’xuất hiện trên bề mặt

E = E0-E’

σ’=Pen=ε0χeEn= ε0χeE E’=σ’/ε0= χeE E=E0-χeE

E=E0/(1+χe)= E0/ ε

1+χe= ε Cường độ điện trường trong điện môi giảm đi ε

so với trong chân không

3.2 Liên hệ giữa véc tơ cảm ứng điện vμ véc tơ

phân cực điện môi

E

ε ε

E ) 1

(

χ + ε

=

E E

χ ε

+ ε

=

e

0E P

+ ε

=

E

ε ε

=

E

χ ε

=

Chỉ dùng trong môi trường

đồng chất đẳng hướng

4 Điện môi đặc biệt

4.1 Xéc nhét điện: phát hiện năm 1930-34

Có tính chất đặc biệt: miền phân cực tự nhiên,

mỗi miền nμy có véc tơ phân cực tự phát khi E=0

• Nhiệt độ Qui-ri TC: T<TC xéc nhét, T>TC

thuận điện (như các điện môi bình thường)

• ε lớn khi T thấp , εmax

T~80

• ε phụ thuộc vμo E

ε

E

T

• Pe phô thuéc vμo E: P t¨ng tíi b·o hoμ

Pe

E

e

0E P

+ ε

=

Eb

E> Eb => Pe b·o hoμ

=> D ~E

• §−êng cong

®iÖn trÔ: chØ cã

ë XÐc nhÐt

®iÖn kh«ng cã

ë ®iÖn m«i

th−êng

• MiÒn ph©n cùc tù nhiªn

5 HiÖu øng ¸p ®iÖn

5.1 HiÖu øng ¸p ®iÖn thuËn : Khi nÐn hoÆc kÐo gi·n xÐc nhÐt ®iÖn -> ph©n cùc ®iÖn m«i: xuÊt hiÖn ®iÖn tÝch tr¸i dÊu trªn mÆt

+ + + +

-+ + + +

5.2 HiÖu øng ¸p ®iÖn nghÞch : ChÞu t¸c dông ®iÖn tr−êng => biÕn d¹ng

øng dông: §Çu dß thu ph¸t siªu ©m

f 2

c 2

Hz d

10

5 , 2

~ )

mm (

d 2

) s / mm (

10

5 d

2

c f

6

6

=

=

e

V

p

n

Δ

=

⇒ nhau

như

e

p r

Pe...

=

E E

χ ε

+ ε

=

e

0E P

+ ε

=

E... dạng

ứng dụng: Đầu dò thu phát siêu âm

f 2

c 2

Hz d

10

5 , 2

~ )

mm