Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 3: Điện môi

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 3: Điện môi

1. Ch−ơng III Điện môi  Trong điện môi không có điện tích tự do, các điện tích hầu nh− cố định tại chỗ, chúng chỉ có thể dịch chuyển khoảng cách rất nhỏ quanh vị trí cố định.
2. 1. Sự phân cực của chất điện môi 1.1. Hiện t−ợng phân cực điện môi: Trên thanh điện môi B xuất hiện các điện tích trong điện tr−ờng r E0 Trên thanh điện môi điện -r- + + - 'E + tích xuất hiện ở đâu định xứ tại - - + + đó -> gọi lμ điện tích liên kết Điện tích liên kết sinh ra điện tr−ờng phụ E’ r r r Điện tr−ờng trong điện môi: EEE'=0 + 1.2.Phân tử không phân cực vμ phân tử phân cực a. Phân tử không phân cực: Tâm điện tích âm vμ tâmđiệntíchd−ơng trùng nhau
3. Phân tử không phân cực: H2, N2, CCl4 Phân cực trong điện tr−ờng ngoμi: +- r r - + p=e ε 0 α E α độ phân cực - - + r + - - pei b. Phân tử phân cực: Khi ch−a có điện tr−ờng ngoμi tâm của hai loại điện tích đã không trùng r nhau -> pe H2O, NH3, CH3Cl, NaCl v.v Điện tr−ờng ngoμi không ảnh h−ởng đến độ r lớn của pe mμ chỉ có thể lμm định h−ớng nó theo tác dụng của điện tr−ờng
4. 1.3. Giải thích hiện t−ợng phân cực r Điện môi gồm các phân tử phân cực Pe ≠ 0 - + Phân cực trong - + - + điện tr−ờng - + r ngoμi r Pe = 0 E Điện môi gồm các phân tử không phân cực: D−ới tác dụng của điện tr−ờng ngoμi các phân tử bị phân cực thμnh các l−ỡng cực điện Véc tơ phân cực = tổng hợp của các véc tơ phân cực của các phân tử. Trên mặt giới hạn xuất hiện điện tích liên kết
5. Điện môi lμ tinh thể ion: hai mạng ion +,- dịch đi với nhau d−ới tác dụng của điện tr−ờng B- B- r Pe ≠ 0 r E A+ A+ 2. Véc tơ phân cực điện môi Định nghĩa: Đại l−ợng đo n r bằng tổng các mômen l−ỡng ∑ pei r i= 1 cực điện của một đơn vị thể Pe = tích: ΔV
6. r nr p nhpr − nhau⇒ P = e =nr p e e ΔV 0 e r r r r r Pe= n 0 p e = n 0 ε 0 α E PEe= ε 0 χ e Hệ số phân cực điện môi χe không thứ nguyên, không phụ thuộc v μ . oE 2 Đối ớiv điện môi có phân tử n0 p e χe =n 0 α = phân cực ớiv điện tr−ờng 3ε0 kT ngo:μ u ế iy Pe Khi E lớn Pe tiến tới bão hoμ vì các véc tơ phân cực đều ong theos điện tr−ờng. E
7. 2.2. Liên hệ iữag écv tơ phân cực điện ôim với t ế nk ê i hl c í nt ệ i đc á ac ủ tc ặ nm ệ i ộđ tđ ậ m n r -σ’+σ’r |∑ pei | - + r Pe P= | P =i | = 1 - + α e e ΔV - + ΔS nr n L | pr |= σ' ΔSL ∑ ei σ' i=1 Pe = σ’=Pe.cosα=Pen Δ V=ΔS.Lcosα cos α Mật độ điện tích σ’của các điện tích liên kết trên mặtgiớihạn củakhốiĐM cótrịsốbằnghình chiếu của véctơphâncựcđiện môi lên pháp tuyến mặt đó
8. 3. Điện tr−ờng tổng hợp trong điện môi 3.1. Điện môi trong điện tr−ờng E0 σ’xuất hiện trên bề mặt + - -σr’ +σ’ r r r E EEE'=0 + E = E0-E’ + - 0 + - + - r + - σ’=Pen=ε0χeEn= ε0χeE + - 'E + - E’=σ’/ε0= χeEE=E0-χeE 1+χe= ε E=E0/(1+χe)= E0/ ε C−ờngđộđiệntr−ờng trong điện môi giảm đi ε so với trong chân không
9. 3.2. Liên hệ iữag écv tơ cảm ứng điện vμ véc tơ phân cực điện ôim r r DE= ε0 ε ε = 1 + χe r r D= ε0 ( 1 + e χ ) E r r r DEE= ε0 + 0 ε e χ r r r DEP= ε0 + e r r DE= ε0 ε Chỉ dùng trong môi tr−ờng r r đồng chất đẳng h−ớng PEe= ε 0 χ e
10. 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 nμycóvéctơphâncựctựphátkhiE=0 • Nhiệt độ Qui-ri TC: T TC thuận điện (nh− các điện môi bình th−ờng) • ε lớn khi T thấp , ε max ε đạt tới 10000, max ε • ε phụ thuộc vμoE T~80 T E
11. •P phụ thuộc vμo E: P tăng tới bão hoμ e r r r Pe DEP= ε0 + e E>Eb => Pe bão hoμ Eb E => D ~E •Đ−ờng cong điện trễ: chỉ có ở Xéc nhét điện khôngcóởđiện môi th−ờng
12. • Miền phân cực tự nhiên
13. 5. Hiệu ứng áp điện 5.1. Hiệu ứng áp điện thuận: Khi nén hoặc kéo giãn xéc nhét điện -> phân cực điện môi: xuất hiện điện tích trái dấutrênmặt - + + - - + + - - + + - - + + -
14. 5.2. Hiệu ứng áp điện nghịch: Chịu tác dụng điện tr−ờng => biến dạng ứng dụng: Đầu dò thu phát siêu âm λ c d = = d ~ U,f 2 f2 5 .c 10 (6 mm /10 s6 ) f= = ~ 2 , 5 .Hz 22 d d ( mm ) d