Bài giảng Tĩnh điện học - Chương 4: Điện môi

1Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
2Điện Môi
v Sự phân cực:
v Vectơ phân cực điện môi
v Liên hệ giữa vectơ phân cực và mật độ điện mặt 
của điện tích liên kết
v Điện trường trong điện môi
v Các điện môi đặc biệt. Và hiệu ứng áp điện
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
3§ Sự phân cực điện môi là hiện tượng trên thanh điện môi 
đặt trong điện trường có xuất hiện điện tích
§ Phân tử phân cực: trọng tâm điện tích âm và dương 
không trùng nhau.
§ Phân tử không phân cực: trọng tâm điện tích âm và 
dương trùng nhau (sự phân bố electron không đối xúng 
quanh hạt nhân)
Sự phân cực
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
4§ Một vật nhiễm điện (ở bên trái) làm cho những phần tử 
trên bề mặt bị phân cực
§ Một chiếc lược được tích điện có thể hút các mẩu giấy là 
do sự phân cực của các mẫu giấy. 
Hạt tích 
điện 
do cảm ứng
Vật mang
 điện
Vật cách 
điện
Ví dụ về sự phân cực
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
5§ Trường hợp 1: Điện môi cấu tạo bởi phân tử phân cực.
– Không có E, các lưỡng cực xắp xếp hổn độn, tổng 
môment lưỡng cực bằng không, điện môi không tích 
điện
– Có E, các lưỡng cực xắp xếp có trật tự sao cho 
moment điện quay theo chiều điện trường ngoài, khi 
đó bên trong lòng điện môi vẫn không có điện tích, 
tuy nhiên trên các mặt có xuất hiện các điện tích trái 
dấu gọi là điện tích liên kết
Giải thích sự phân cực
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
6§ TH2: Điện môi cấu tạo bởi các phân tử không phân cực
– Khi chưa có E, mỗi phân tử không phải là một lường cực nên 
điện môi trung hoà về điện.
– Khi có E, các phân tử điện môi đều trở thành lưỡng cực điện 
do lớp vỏ electron của phân tử phân bố không đều.
§ TH3: Điện môi tinh thể
– Xem tinh thể như một phân tử khổng lồ(các mạng ion dương 
và âm lồng vào nhau.
– Dưới tác dụng của E ngoài , các mạng ion dương di chuyển 
theo chiều điện trường còn mạng ion âm di chuyển theo chiều 
ngược lại gây ra hiện tương phân cực(Phân cực ion)
Giải thích sự phân cực
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
7§ Vectơ phân cực điện môi: tổng moment điện của các 
phần tử có trong một đơn vị thề tích của khối điên môi 
đồng chất.
 Vectơ phân cực điện môi
n: số phân tử phân cực điện môi
 DV: thể tích khối điện môi đồng chất
1
n
ei
e
P
p
V
=
D
å
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
8§ Đối với điện môi với phân tử không phân cực thì mỗi 
phân tử đều có cùng pe .
 Vectơ phân cực điện môi
1
0
. .
n
ei
e
e e
P
n pp n p
V V
= = =
D D
å
no : số phân tử trên một 
đơn vị V
0 0 0 0. ee ep n p n E Eae e c= = = ce: hệ số phân cực của 
một đơn vị V
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
9 Vectơ phân cực điện môi
§ Đối với điện môi với phân tử có phân cực thì công thức 
thức tính vectơ phân cực điện môi là:
0 ee
P Ee c= Với 
2
0
0
.
3 .
e
e
n p
k T
c
e
= k: Hằng số Boltzmann
T: nhiệt độ tuyệt đối
§ Đối với điện môi tinh thể : 0 eeP Ee c=
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
10
Liên hệ giữa vectơ phân cực và mật độ 
điện mặt của điện tích liên kết
§ Xem toàn bộ khối trụ như một 
lưỡng cực điện tạo ra bởi các 
điện tích liên kết -sDS và +sDS 
trên hai đáy nằm cách nhau một 
đoạn L. Mômen điện có độ lớn 
là sDSL
+
-
-
+
L
DS
E P
n
s+s-
a
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
11
Liên hệ giữa vectơ phân cực và mật độ 
điện mặt của điện tích liên kết
§ Theo định nghĩa ta có:
1
n
ei
e
p
P
V
=
D
å
1
n
eip SLs= Då
.cosV SL aD = D
§ Từ đó ta nhận được: cose enP Ps a= =
§ Kết luận: Mật độ điện tích liên kết xuất hiện trên mặt 
giới hạn có giá trị bằng hình chiếu của vectơ phân 
cực điện môi trên pháp tuyến của mặt giới hạn.
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
12
Điện trường tổng hợp trong điện môi
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
E0
E'
E
0 'E E E= -
0 'E E E= +
0
'E s
e
= 0en eP Es e c= =
0 0
1 e
E EE
c e
= =
+
e: gọi là hằng số điện môi
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
13
Đường sức điện trường và đường cảm ứng khi 
đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường
E1t
E2t
E1n
E2n
EO
1 2
2
1 2
1
2
2 1
1
1 2
t t
n n
t t
n n
E E
E E
D D
D D
e
e
e
e
=
=
=
=
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
14
§ Điện môi Sécnhét: 
– Trong khoảng nhiệt độ xác định nào đó: hằng số điện môi rất 
lớn
– Hằng số điện môi phụ thuộc vào cường độ điện trường trong 
điện môi
– Giá trị Pe không những phụ thuộc vào điện trường trong điện 
môi mà còn phụ thuộc vào trạng thái phân cực trước đó. 
Nghĩa là khi tăng E đến ngưỡng nào đó thì Pe bão hoà. Sau đó 
ta giảm E đến không thì Pe không giảm xuống không mà sẽ có 
một giá trị nào đó. Hiện tượng này gọi là Phân cực còn dư hay 
hiện tượng điện trễ
Điện môi đặt biệt
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
15
§ Hiệu ứng áp điện : kéo hay nén tinh thể điện môi theo 
một số phương đặt biệt nào đó thì trên mặt giới hạn tích 
điện những điện tích trái dấu. 
§ Hiệu ứng này được sử dụng để biến đổi dao động cơ 
thành dao động điện.
§ Hiệu ứng áp điện nghịch: khi áp hiệu điện thế hai đầu 
tinh thể thì tinh thể sẽ bị giãn hay nén.
§ Nếu hiệu điện thế áp vào xoay chiều thì tinh thể bị kéo 
nén liên tục. Tính chất này được sử dụng để tạo nguồn 
phát siêu âm
 Hiệu ứng áp điện
Đại học Quốc Gia TpHCM
Trường Đại học Bách khoa
16
Tổng kết
v Sự phân cực: hiện tượng trên thanh điện môi đặt 
trong điện trường có xuất hiện điện tích
v Vectơ phân cực điện môi
v Liên hệ giữa vectơ phân cực và mật độ điện mặt 
của điện tích liên kết
v Điện trường trong điện môi
v Các điện môi đặc biệt. Và hiệu ứng áp điện
1
n
ei
e
P
p
V
=
D
å
cose enP Ps a= =