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

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
Chơng 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.
1.1. Hiện tợng phân cực điện môi: Trên
thanh điện môi B xuất hiện các điện tích trong
điện trờng
1. Sự phân cực của chất điện môi
Trên thanh điện môi điện
tích xuất hiện ở đâu định xứ tại
đó -> gọi l điện tích liên kết
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
Điện tích liên kết sinh ra điện trờng phụ E
'E
r
0

E
r
'EEE
0
r
r
r
+=
Điện trờng trong điện môi:
1.2.Phân tử không phân cực v phân tử phân cực
a. Phân tử không phân cực: Tâm điện tích âm
v tâmđiệntíchdơng trùng nhau
b. Phân tử phân cực: Khi cha có điện trờng
ngoi tâm của hai loại điện tích đã không trùng
nhau ->
Phân tử không phân cực: H
2
, N
2
, CCl
4
Phân cực trong điện trờng ngoi:
Ep
0e
r
r
=
-+
- +
độ phân cực

H
2
O, NH
3
, CH
3
Cl, NaCl v.v
Điện trờng ngoi không ảnh hởng đến độ
lớn của m chỉ có thể lm định hớng nó
theo tác dụng của điện trờng
e
p
r
+
-
-
-
-
ei
p
r
e
p
r
+


1.3. Giải thích hiện tợng phân cực
Điện môi gồm các phân tử phân cực
Phân cực trong

điện trờng
ngoi
E
r
0P
e
=
r
0P
e

r
Điện môi gồm các phân tử không phân cực:
Dới tác dụng của điện trờng ngoi các phân
tử bị phân cực thnh các lỡng cực điện
Trên mặt giới hạn xuất hiện điện tích liên kết
Véc tơ phân cực = tổng hợp của các véc tơ
phân cực của các phân tử.
+
+
+
+
-
-
-
-
§iÖn m«i lμ tinh thÓ ion: hai m¹ng ion +,- dÞch
®i víi nhau d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng
A
+

B
-
2. VÐc t¬ ph©n cùc ®iÖn m«i
A
+
B
-
E
r
0P
e
≠
r
§Þnh nghÜa: §¹i l−îng ®o
b»ng tæng c¸c m«men l−ìng
cùc ®iÖn cña mét ®¬n vÞ thÓ
tÝch:
V
p
P
n
1i
ei
e
Δ
=
∑
=
r
r

EnpnP
00e0e
r
r
r
αε==
EP
e0e
r
r
χε=
kT3
pn
n
0
2
e0
0e
ε
=α=χ
HÖ sè ph©n cùc ®iÖn m«i χ
e
kh«ng thø
nguyªn, kh«ng phô thuéc vμoE.
§èi víi ®iÖn m«i cã ph©n tö
ph©n cùc víi ®iÖn tr−êng
ngoμiyÕu:
Khi E lín P
e
tiÕn tíi b·o

hoμ v× c¸c vÐc t¬ ph©n cùc
®Òu song theo ®iÖn tr−êng.
e0
e
e
pn
V
pn
P
r
r
r
=
Δ
=
⇒ nhau nh−
e
p
r
P
e
E
2.2. Liên hệ giữa véc tơ phân cực điện môi với
mậtđộđiệnmặtcủacácđiệntíchliênkết
V
|p|
|P|P
n
1i
ei

ee

==

=
r
r
+-
+-
+-
e
P
r
n
r

-+
S
L
SL'|p|
n
1i
ei
=

=
r
V=S.Lcos

=
cos
'
P
e
=P
e
.cos=P
en
Mật độ điện tích của các điện tích liên kết trên
mặtgiớihạn củakhốiĐM cótrịsốbằnghình
chiếu của véctơphâncựcđiện môi lên pháp
tuyến mặt đó
3. §iÖn tr−êng tæng hîp trong ®iÖn m«i
+
+
+
+
-
-
-
-
+σ’
+
+
+
-σ’
-
-
-

0
E
r
'E
r
'EEE
0
r
rr
+=
3.1. §iÖn m«i trong ®iÖn tr−êng E
0
σ’xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt
E = E
0
-E’
σ’=P
en
=ε
0
χ
e
E
n
= ε
0
χ
e
E
E’=σ’/ε

0
= χ
e
EE=E
0
-χ
e
E
E=E
0
/(1+χ
e
)= E
0
/ ε
1+χ
e
= ε
C−êng®é®iÖntr−êng trong ®iÖn m«i gi¶m ®i ε
so víi trong ch©n kh«ng
3.2. Liên hệ giữa véc tơ cảm ứng điện v véc tơ
phân cực điện môi
ED
0
r
r
=
e
1

+
=

E)1(D
e0
r
r
+=
EED
e00
r
rr
+=
e0
PED
r
r
r
+=
ED
0
r
r
=
EP
e0e
r
r
=
Chỉ dùng trong môi trờng

đồng chất đẳng hớng
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 nycóvéctơphâncựctựphátkhiE=0
Nhiệt độ Qui-ri T
C
: T<T
C
xéc nhét, T>T
C
thuận điện (nh các điện môi bình thờng)
lớn khi T thấp ,
max
đạt tới 10000,

max
T~80
phụ thuộc voE

E
T
•P
e
phô thuéc vμo E: P t¨ng tíi b·o hoμ
P
e
E
e0
PED

r
r
r
+ε=
E
b
E>E
b
=> P
e
b·o hoμ
=> D ~E
•§−êng cong
®iÖn trÔ: chØ cã
ë XÐc nhÐt
®iÖn kh«ng cã
ë®iÖnm«i
th−êng
• MiÒn ph©n cùc tù nhiªn
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
+
+
+
+
-
-

-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
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
d
~ U,f
f2
c
2
d =
λ
=
Hz
d
10
.5,2~
)mm(d2
)s/mm(10.5
d2
c
f

66
==