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

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.
1.1. Hiện t−ợng phân cực điện môi: Trên
thanh điện môi B xuất hiện các điện tích trong
điện tr−ờng
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 tr−ờng phụ E’
'E
r0
E
r
'EEE 0
rrr +=Điện tr−ờng 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 d−ơng trùng nhau
b. Phân tử phân cực: Khi ch−a có điện tr−ờng
ngoμi tâm của hai loại điện tích đã không trùng
nhau ->
Phân tử không phân cực: H2, N2, CCl4
Phân cực trong điện tr−ờng ngoμi: 
Ep 0e
rr αε=
-+
- +α độ phân cực
H2O, NH3, CH3Cl, NaCl v.v..
Điện tr−ờng ngoμi không ảnh h−ởng đến độ
lớn của mμ chỉ có thể lμm định h−ớng nó
theo tác dụng của điện tr−ờng
ep
r
+
-
-
-
- eip
r
ep
r
+- -
- -
1.3. Giải thích hiện t−ợng phân cực
Điện môi gồm các phân tử phân cực
Phân cực trong
điện tr−ờng
ngoμi
E
r0Pe =
r
0Pe ≠
r
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
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.
+
+
+
+
-
-
-
-
Điện môi lμ tinh thể ion: hai mạng ion +,- dịch
đi với nhau d−ới tác dụng của điện tr−ờng
A+
B-
2. Véc tơ phân cực điện môi
A+
B-
E
r
0Pe ≠
r
Định nghĩa: Đại l−ợng đo 
bằng tổng các mômen l−ỡng
cực điện của một đơn vị thể
tích: V
p
P
n
1i
ei
e Δ=
∑
=
r
r
EnpnP 00e0e
rrr αε== EP e0e
rr χε=
kT3
pnn
0
2
e0
0e ε=α=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 tr−ờng
ngoμi yếu:
Khi E lớn Pe tiến tới bão
hoμ vì các véc tơ phân cực
đều song theo điện tr−ờng.
e0
e
e pnV
pnP r
rr =Δ=⇒ nhau nh− ep
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
1i
ei
ee Δ==
∑
=
r
r +-
+-
+-
eP
r
nr
α
-σ’ +σ’
ΔS
L
SL'|p|
n
1i
ei Δσ=∑
=
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 tr−ờng tổng hợp trong điện môi
+
+
+
+
-
-
-
-
+σ’
+
+
+
-σ’
-
-
-
0E
r
'E
r
'EEE 0
rrr +=
3.1. Điện môi trong điện tr−ờng E0σ’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
C−ờng độ điện tr−ờng 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
ED 0
rr εε= e1 χ+=ε
E)1(D e0
rr χ+ε=
EED e00
rrr χε+ε=
e0 PED
rrr +ε=
ED 0
rr εε=
EP e0e
rr χε=
Chỉ dùng trong môi tr−ờng
đồng chất đẳng h−ớng
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: TTC
thuận điện (nh− các điện môi bình th−ờng)
• ε lớn khi T thấp , εmax
đạt tới 10000, εmax
T~80
• ε phụ thuộc vμo Eε
E
T
• Pe phụ thuộc vμo E: P tăng tới bão hoμ
Pe
E
e0 PED
rrr +ε=
Eb
E>Eb => Pe bão hoμ
=> D ~E
• Đ−ờng cong 
điện trễ: chỉ có
ở Xéc nhét điện
không có ở điện
môi th−ờng
• Miền phân cực tự nhiên
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
dấu trên mặt
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
5.2. Hiệu ứng áp điện nghịch: Chịu tác
dụng điện tr−ờng => biến dạng
ứng dụng: Đầu dò thu phát siêu âm
d ~ U,f f2
c
2
d =λ=
Hz
d
10.5,2~
)mm(d2
)s/mm(10.5
d2
cf
66
==