Chuong 1 tinh dan dien cua dien moi

Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương 1

Chương 1

TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI

1.1 Đặc điểm của điện môi đặt trong điện trường.
Khi các điện môi nằm trong điện trường thì chịu tác dụng của một cường độ điện
trường E.
Trong trường đồng nhất:
U
E= (1.1)
h
U- điện áp đặt lên hai điện cực.
h - khoảng cách giữa hai điện cực.
Tuỳ thuộc vào dạng cường độ điện trường, thời gian đặt điện trường mà trong điện
môi xảy ra nhiều hiện tượng với các đặc điểm khác nhau. Ngoài ra các yếu tố môi trường
(nhiệt độ, độ ẩm, áp suất...) cũng ảnh hưởng đến các đặc điểm của quá trình xảy ra trong
điện môi.
Bản thân trong điện môi dưới tác dụng của điện trường có thể xảy ra hai hiện
tượng cơ bản: sự dẫn điện của điện môi và sự phân cực điện môi.
•Điện dẫn của điện môi xác định bởi sự chuyển động có hướng của các điện tích
tự do tồn tại trong các chất điện môi dưới tác dụng của điện trường ngoài đặt lên
điện môi.
Dưới tác dụng của lực điện trường:
F = qE
q- điện tích của các phần tử mang điện.
Các điện tích dương sẽ chuyển động theo chiều của điện trường và các điện tích
âm sẽ chuyển động ngược chiều của điện trường. Như vậy trong điện môi xuất hiện một
dòng điện.
•Phân cực là hiện tượng chỉ đặc trưng của các chất điện môi. Đó là quá trình xê
dịch trong phạm vi nhỏ của các điện tích ràng buộc hoặc sự xoay hướng của các
phân tử lưỡng cực dưới tác dụng của điện trường ngoài. Sự phân cực có tính đàn
hồi.
Do quá trình dẫn điện và phân cực mà một phần năng lượng bị tiêu hao và toả ra
dưới dạng nhiệt năng làm cho điện môi nóng lên: đó là sự tổn hao điện môi. Điện môi
nằm lâu trong điện trường còn chịu sự lão hoá điện tức là quá trình thay đổi các tính chất
điện, cơ, lý, hoá ... Ở điện áp cao sẽ xảy ra quá trình phóng điện trong điện môi và có thể
dẫn đến phá huỷ điện môi.

1.2 Điện dẫn của điện môi.
Như ta đã biết dòng điện là sự chuyển dịch có trật tự của các điện tích tự do dưới
tác động của điện trường. Dòng điện xuất hiện trong vật chất bị ảnh hưởng bởi điện áp
đặt, ngoài ra dưới tác động của lực điện trường tạo ra các trạng thái chuyển động một
cách có trật tự các điện tích có trong vật chất. Như vậy, điều kiện cần thiết để có dòng
điện dẫn ở bất kỳ vật chất nào chính là sự tồn tại trong vật chất các điện tích tự do.
Ta xét một điện môi có dạng hình trụ với tiết diện vuông góc là S và chiều dài
bằng vận tốc chuyển động trung bình của các phần tử v , chiều của điện trường ngoài
_

trùng với trục của hình trụ.

5


E S

_
l= v
H.1.1
Giả thiết: mật độ điện tích tự do chứa trong điện môi là n và mỗi phần tử có điện
tích là q. Dưới tác dụng của lực điện trường tất cả các điện tích tự do sẽ chuyển động đến
các điện cực. Tổng điện tích chuyển động qua tiết diện S chính bằng tổng điện tích chứa
trong thể tích V của hình trụ.
Q = qnV (1.2)
Và như vậy dòng điện qua điện môi:
_
I = Q = qnV = qnS . v (1.3)
Công thức trên có thể viết lại:
I=j
S
_ (1.4)
j= nq v
j- mật độ dòng điện [ A/m2 ] tức là tổng điện tích chuyển động qua một đơn vị
diện tích của tiết diện vuông góc trong một đơn vị thời gian.
Trong các chất điện môi tồn tại các dạng điện tích tự do khác nhau. Chúng có thể
là các điện tử, các ion.v.v.. và chúng có vận tốc chuyển động trung bình khác nhau với
cùng một trị số của cường độ điện trường. Vận tốc chuyển động trung bình của chúng
được xác định:
_
v − = k −. E
_
(1.5)
v + = k + .E
trong đó:
_ _
v − , v + : vận tốc chuyển động trung bình của các điện tích âm và dương.

_ _
k − , k + : độ linh hoạt của điện tích âm và dương.
Ta có:
j= q − n − v − + q + n + v + = ( q − n − k − + q + n + k + ) E
(1.6)
Công thức trên chính là công thức của định luật Ohm dưới dạng vi phân:
j
j = γE ⇒ γ =
E

6

với: γ = n − q − k − + n + q + k + = nqk (1.7)
γ : điện dẫn suất của điện môi. Nó đặc trưng cho khả năng dẫn điện của vật liệu.
Giá trị nghịch đảo của điện dẫn suất gọi là điện trở suất.
1
ρ= (1.8)
γ
1.2.1 Điện dẫn điện tử.
Hạt mang điện là các điện tử, loại điện dẫn này có trong tất cả các điện môi. Cần
chú ý rằng điện tử không phải là những hạt đại diện cho một nguyên tố hoá học nào, nên
trong điện dẫn điện tử không xảy ra sự chuyển dời vật chất và không làm thay đổi thành
phần của điện môi.
1.2.2 Điện dẫn ion.
Các thành phần mang điện là các ion âm và ion dương. Khác với điện tử, các ion
mang đầy đủ tính chất của một nguyên tố hoá học nên trong điện dẫn ion có xảy ra sự
chuyển dời vật chất. Các ion dưới tác dụng của điện trường sẽ chuyển động đến hai điện
cực, bị trung hoà và tích luỹ đầy trên bề mặt điện cực, giống như quá trình điện phân. Vì
vậy điện dẫn ion còn gọi là điện dẫn điện phân.
1.2.3 Điện dẫn điện di: hay còn gọi là điện dẫn molion có các thành phần mang
điện là các nhóm phần tử tích điện, các tạp chất tồn tại trong các chất điện môi.

1.3 Sự dẫn điện của điện môi.
Khi đặt điện môi trong điện trường, trong điện môi xuất hiện dòng điện, mà người
ta thường gọi là dòng điện rò.
Dòng điện rò là dòng điện đi qua đoạn cách điện ở thời gian ổn định. Đối với điện
môi rắn dòng điện rò bao gồm hai thành phần:
•Dòng điện khối (IV): là dòng điện chạy xuyên qua điện môi.
•Dòng điện mặt (IS): là dòng điện chạy trên bề mặt của điện môi rắn.
IS
Như vậy:
Rcd = U/Icd
Irò = IV + IS = Icd Icd IV Icd = IV + IS
Gcd = GV + GS
1 1 1
= +
R cd R V R S
l
R cd = ρ IS
S
l
R V = ρV
S H.1.2
l
R S = ρS
S
Điện trở suất khối của đoạn cách điện có hình dạng khác nhau:
Xét một tụ điện phẳng, có lớp điện môi bề dày là h (m) được đặt giữa hai điện cực
có diện tích là S (m2).
l
R =ρ (1.9) h
S

H.1.3

S
7


Đối với một tụ hình trụ hay đoạn cách điện giữa hai điện cực đồng trục:

r2
r1

Độ dài điện cực l.
Bán kính trong r1. l
Bán kính ngoài r2.
H.1.4

Ta có công thức tính R: xem như điện trở mắc nối tiếp của nhiều lớp điện trở cực mỏng
dx có bán kính là x:
dx
dR = ρ
2πlx
1
r2
dx r
R = ∫ρ =ρ l 2
n
r1
2πl x 2πl r1
Trong trường hợp (r2 - r1) rất nhỏ so với r1 và r2 thì công thức tính R có thể được
xác định:
1 r2 − r1
R =ρ .
πl r2 + r1
Có thể tính điện trở khối hoặc điện dẫn khối cho bất kỳ một dạng điện cực nào có
điện môi đồng nhất theo điện trở suất khối ρ (hay điện dẫn khối γ) của điện môi như sau:
ρ 1
R= =
Λ Λγ
(1.10)
Λ
G = γ.Λ =
ρ
Λ - biểu thị đặc tính hình dáng của đoạn cách điện, là tham số hình học có đơn vị
là m.
Để cho một tụ phẳng trên cơ sở công thức trên:
S
Λ= (1.11)
h
Để cho một tụ hình trụ:
2lπ
Λ=
l 2
n
r (1.12)
r1
Hoặc tính gần đúng:
r2 + r1 d +d1
Λ=l
n =l 2
n (1.13)
r2 − r1 d 2 −d 1

8

Ví dụ: cho một đoạn cách điện có bán kính trong r 1, bán kính ngoài r2. được đặt
dưới điện áp UDC. Hãy tính dòng điện qua đoạn cách điện đó ? biết chiều dài là l.

Giả sử ở trong ống trụ là không khí: r2
Irò = IV + IS r1
Icd = IV + IS1 + IS2
 1 1 1 
=U R + R + R  
 V S1 S2 

l l IV
R V = ρV = ρV
S π( r2 − r12 )
2

l l IS1
R S1 = ρ S = ρ S l IS2
S 2πr1
l l
R S2 = ρS = ρS
S 2πr2

H.1.5

Giả sử ở ống trụ người ta đổ đặc bằng một chất bán dẫn khác có điện trở suất là ρ 2 .
r2
r1
Irò = IV + IS
Icd = IV1 + IV2 + IS
 1 1 1 
=U R + R + R  
 V1 V2 S  IV2
l l
R V2 = ρ V2 = ρ V2
S π( r2 − r12 )
2
l IS
IV1
l l
R V1 = ρ V1 = ρ V1 2
S πr1
l l
R S = ρS = ρS
S 2πr

H.1.6

Nếu bỏ qua dòng điện mặt: ta dùng công thức gần đúng áp dụng cho một đoạn cách điện
hình trụ (nếu bài toán không cho ρ V ,ρ S ).
l 1 r2 − r1
R =ρ =ρ (1.14)
S πl r2 + r1

1.4 Sự dẫn điện của điện môi khí.
Là sự dẫn điện tương đối phức tạp, tuỳ theo mật độ tạp chất có trong nguồn khí đó.
Trong các chất khí mật độ phân tử rất bé, khoảng cách giữa chúng rất lớn và lực tương
tác của chúng cũng rất nhỏ. Trong chất khí luôn luôn tồn tại một số ít các điện tích tự do:
chúng có thể là các điện tử, các ion dương hoặc âm. Những điện tích tự do này xuất hiện
chủ yếu là do quá trình ion hoá gây nên.
Giả sử rằng trong 1 thể tích chất khí nào đó có n phân tử khí sẽ có:
n- : ion âm. n+: ion dương.
Gọi np: số phân tử được tái hợp.

9

Khi đưa vào điện trường ta có:
n p = αn + .n −
α : hệ số tái hợp.
Trong trường hợp điện trường yếu: xác suất tái hợp cao.
n+ = n− = n
np I
n p = αn hay n =
2

α
Mặt khác:
J= nqv c
a b
np
J= q ( k + + k − ) E = γE
α Ion hóa tự nhiên (1.15)
Ibh U
np
γ=q (k + + k − )
α H.1.7
•Xét ở điện trường yếu:
Mật độ dòng điện của chất khí sẽ tỷ lệ với cường độ điện trường E. Vì n p, q, k+, k-,
α là hằng số. Và dòng điện sẽ tuân theo định luật Ohm.
•Xét khi tăng cường độ điện trường:
Khi tăng E đến một mức độ nào đó thì định luật Ohm sẽ không còn đúng nữa do
tốc độ chuyển động của các ion sẽ tăng lên k+, k-, α sẽ không còn là hằng số và do số
lượng của ion không còn phụ thuộc vào điện trường và điện áp nên khi tiếp tục tăng điện
trường ngoài thì dòng điện sẽ đạt ở mức bảo hoà.
•Xét ở điện trường mạnh:
Tiếp tục tăng E thì vận tốc các ion chạy về 2 cực sẽ tăng và gây ion hoá va chạm
với các phân tử khí khác tạo nên điều kiện phát sinh các điện tử và dòng điện đạt đến
mức đánh thủng điện môi giữa hai điện cực. Tại điểm C xảy ra quá trình phóng điện trong
chất khí tức là sự nối liền hai điện cực bằng một cầu có điện dẫn cao. Lúc này chất khí trở
thành vật liệu dẫn điện. Để duy trì dòng điện lúc này không cần điện áp lớn hơn điện áp
phóng điện nữa.

1.5 Sự dẫn điện của điện môi lỏng.
Trong cách điện môi lỏng tồn tại hai loại điện dẫn khác nhau: điện dẫn ion và điện
dẫn điện di.

1.5.1 Điện dẫn ion của các điện môi lỏng.
Khác với trong các điện môi khí, trong các điện môi lỏng các điện tích tự do xuất
hiện không chỉ do sự ion hoá gây bởi các yếu tố gây ion hoá tự nhiên, mà còn do quá
trình phân ly các phân tử của chính chất lỏng, cũng như của các phân tử tạp chất.
Điện dẫn của điện môi lỏng gồm điện dẫn của điện môi chính và điện dẫn của các
tạp chất. Điện dẫn của các điện môi lỏng phụ thuộc vào độ sạch của nó.
Đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc dòng điện chạy qua điện môi và điện áp đặt:
I
a

b

Uth U 10

H.1.8


Trên đồ thị này không quan sát thất dòng bảo hòa: dòng điện tăng tuyến tính với
điện áp giống như định luật Ohm đến giá trị Uth. Sau đó xuất hiện qúa trình ion hóa va
chạm và dòng điện bắt đầu tăng vọt lên.
Tuy nhiên đối với các điện môi lỏng thật sạch, được điều chế trong phòng thí
nghiện thì trên quan hệ trên thấy xuất hiện một đoạn nhỏ giống như đoạn bảo hòa trong
các điện môi khí (b). Những chất lỏng như vậy gọi là chất lỏng sạch giới hạn.
Nước là một dạng tạp chất phổ biến nhất trong các điện môi điện môi lỏng. Trong
các điện môi lỏng nước chủ yếu tồn tại ở 3 dạng sau: nước tan, nước huyền phù và nước
dư. Nước dư có thể lắng xuống dưới đáy hoặc nổi trên mặt điện môi tuỳ thuộc vào tỷ lệ
giữa tỷ trọng của nước và tỷ trọng của điện môi lỏng. Nếu điện môi có tỷ trọng lớn hơn
1000 kg/m3 thì nước dư sẽ nổi trên bề mặt của điện môi, ngược lại thì nước dư sẽ lắng ở
dưới đáy của điện môi.
Khả năng phân ly của các phân tử càng lớn thì điện môi lỏng có điện dẫn càng
cao. Dễ phân ly nhất là các phân tử có liên kết ion. Những phân tử của các chất lỏng có
hằng số điện môi lớn hơn cũng dễ phân ly hơn. Do vậy các điện môi lỏng có cực tính do
hằng số điện môi của nó lớn hơn so với hằng số điện môi của chất lỏng trung tính nên có
điện dẫn lớn hơn.
Chúng ta sẽ nghiên cứu sự chuyển động của các phân tử dựa vào sơ đồ năng lượng
"hàng rào thế năng". Trong sơ đồ này phân tử nằm ở đáy hố thế năng có năng lượng cực
tiểu. Các phân tử luôn luôn ở trạng thái chuyển động nhiệt và dao động xung quanh vị trí
cân bằng với tần số 10-12 - 10-13 Hz. Tuy nhiên chúng có thể chuyển động từ vị trí cân
bằng này sang một vị trí cân bằng khác khi chúng nhận được một năng lượng đủ lớn để
vượt qua được sự liên kết với các phân tử bên cạnh. Năng lượng mà phân tử cần có để
thoát ra khỏi hố thế năng gọi là hàng rào thế năng. Những phân tử nằm ở đáy hố thế năng
gọi là những phân tử liên kết, những phân tử vượt ra khỏi hố thế năng gọi là các phân tử
hoạt tính.

Dùng phân bố Boltzman có thể viết:
U1
u
−
n lk = n 0 e KT
2
U
(1.16) u2
− 2
n ht = n 0 e KT

n0- mật độ phân tử.
K- hằng số Boltzman.
K= 1,38.10-16 erg/0K = 1,38.10-13J/0K. u1
T- nhiệt độ tuyệt đối (0K). 1 3
Suy ra:
U 2 −U 1 U0
− −
n ht = n lk .e KT = n lk .e KT (1.17) x
δ
H.1.9

U0= U2 - U1: gọi là năng lượng hoạt tính. Đó chính là năng lượng cần cung cấp cho
phân tử để đảm bảo cho phân tử vượt qua hàng rào thế năng sang vị trí bên cạnh.

11

Khi không có điện trường, dưới tác dụng của chuyển động nhiệt số lượng các phân
tử hoạt tính ở mọi phương có xác suất bằng nhau. Dưới tác dụng của điện trường sơ đồ
năng lượng bị biến dạng như hình sau:
u E
Hàng rào thế năng dọc theo hướng của cường
độ điện trường giảm do đó số phân tử hoạt tính theo 2
hướng của điện trường sẽ nhiều hơn ở các hướng u12 u32
khác. (2)
Các thành phần mang điện là các ion. Nếu biết U0
số lần một ion vượt qua hàng rào thế năng chuyển (1)
sang vị trí bên cạnh trong một đơn vị thời gian là z thì 1 3 ∆u
ta dễ dàng tính được vận tốc chuyển động của ion:
v = z .δ x
δ
Trong đó δ là khoảng cách giữa hai hố thế năng.
H.1.10
Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện dẫn suất chất lỏng được tính:
a
γ = A .e T (1.18)
A, a- hằng số đặc tính của chất lỏng.
Hoặc dùng công thức Boltzman:
γ = γ 0 .e αt (1.19)
0
t- nhiệt độ ( C).
γ 0 - điện dẫn suất chất lỏng ở t = 0oC.
α- hệ số nhiệt.
Sự phụ thuộc của điện dẫn suất vào nhiệt độ do hai nguyên nhân sau: do sự thay
đổi mật độ điện tích tự do n và do nhiệt độ làm thay đổi độ nhớt của chất lỏng.

Điện dẫn của điện môi lỏng có dạng tổng quát như sau:
nq νδ − U 0  ∆U −
∆U

γ = nqk = .e KT  e KT − e KT
 
 (1.20)
6E  
Ta xét sự phụ thuộc của điện dẫn của điện môi lỏng vào cường độ điện trường trên
cơ sở của biểu thức trên trong hai trường hợp sau:
•Trường hợp 1: Điện dẫn của điện môi lỏng trong điện trường yếu. Năng lượng
của điện trường gây nên nhỏ hơn rất nhiều so với năng lượng của chuyển động
∆U
nhiệt ∆U << KT do đó << 1. Điều đó cho phép ta khi phân tích biểu thức mũ
KT
dạng chuỗi.
x x2 x3 x4
e ± = 1± + ± + ± ⋅⋅⋅
1! 2! 3! 4!
∆U
Chỉ giới hạn hai số hạng đầu tiên vì x = << 1
KT
∆U ∆U
KT − e KT =  1 +
− ∆U   ∆U  ∆U
Ta có: e   − 1 −  = 2.
 KT   KT  KT
δ
Mặt khác ta có: ∆U = qE
2
∆U ∆U
− ∆U
Suy ra: e KT − e KT = qE
KT

12

nq νδ − U 0 qE δ nq 2 δ 2 ν − U 0
Vậy: γ= .e KT . = .e KT (1.21)
2E KT 6KT
Từ biểu thức trên chúng ta nhận thấy điện dẫn của điện môi lỏng trong điện trường
yếu phụ thuộc vào mật độ điện tích tự do, vào cấu trúc của chất lỏng, vào nhiệt độ. Từ
đây cũng nhận thấy điện dẫn suất không phụ thuộc vào cường độ điện trường.
Công thức này có thể đơn giản hoá bởi biểu thức thực dụng:
a
γ = A .e T (1.22)
•Trường hợp 2: Điện dẫn của điện môi lỏng trong điện trường mạnh. Lúc này
năng lượng của điện trường đáng kể so với năng lượng của chuyển động nhiệt. Do
đó, khi phân tích hàm mũ e ± x ta cần giới hạn thêm nhiều số hạng, cụ thể trong
trường hợp này ta giới hạn 4 số hạng đầu.
Tương tự quá trình phân tích như trên ta có công thức sau:
nq 2 δ 2 ν − U 0 
KT  1 +
q 2δ 2 E 2 
γ=  
24K 2 T 2 
.e
6KT  
Từ biểu thức này ta thấy điện dẫn suất của điện môi lỏng trong khu vực điện
trường mạnh không chỉ phụ thuộc vào mật độ điện tích tự do, vào cấu trúc của
chất lỏng, vào nhiệt độ, mà còn phụ thuộc vào cường độ điện trường E.

1.5.2 Điện dẫn điện di.
Điện dẫn điện di hay còn gọi là điện dẫn molion đó là sự chuyển động có hướng
của các phân tử tích điện dưới tác dụng của điện trường bên ngoài. Trong các chất điện
môi lỏng tồn tại các hạt dạng keo có tích điện. Chuyển động của chúng trong điện trường
giống như chuyển động của các phân tử tích điện tự do. Người ta đã xác định được rằng
tuỳ thuộc vào quan hệ giữa hằng số điện môi của chất lỏng và hằng số điện môi của các
tạp chất dạng keo này mà chúng có thể tích điện âm hoặc dương. Nếu các tạp chất keo có
hằng số điện môi εtc nhỏ hơn hằng số điện môi của chất lỏng ε thì hạt keo sẽ tích điện âm
và ngược lại chúng sẽ tích điện dương.
Trong điện trường các hạt keo sẽ tập trung ở các điện cực, đặc biệt là ở những
vùng có cường độ điện trường lớn. Do đó, mật độ tạp chất ở những vùng này tăng lên rõ
rệt và mật độ tạp chất trong điện môi sẽ giảm tức là đã xảy ra quá trình làm sạch điện
môi. Do hiệu ứng làm sạch điện nên điện dẫn của điện môi lỏng sau khi đóng vào nguồn
một chiều sẽ giảm. Ở điện áp xoay chiều hiệu ứng này không xuất hiện bởi vì có sự thay
đổi hướng chuyển động liên tục của các điện tích điện dạng keo này.

Bảng điện dẫn của một số điện môi lòng.

Loại Điện môi Điện trở suất Hằng số điện môi
ρ[ Ω.cm ]
Loại trung tính Benzol 1013 - 1014 2,2
Dầu biến áp 1012 - 1015 2,2
Loại có cực tính Sovol 1010 - 1012 4,5
Thầu dầu 1010 - 1012 4,6
Cực tính mạnh Azeton 106 - 107 22
Rượu etilic 106 - 107 33
Nước cất 105 - 106 82

13

1.6 Điện dẫn của điện môi rắn.
Các điện môi rắn rất nhiều và đa dạng về thành phần hoá học, về cấu trúc, về
nguồn gốc và về độ sạch tạp chất. Trong các điện môi rắn có thể hình dung là các phân tử
bị buộc chặt vào các điểm nút và chúng chỉ có thể dao động quanh vị trí cân bằng này.
Quá trình dịch chuyển của các phân tử từ vị trí này sang vị trí khác là rất khó khăn.
Điện dẫn của các điện môi rắn khác nhau không những được xác định bởi loại
điện môi, mà còn bởi thành phần tạp chất và điều kiện làm việc của chúng. Trong các
điện môi rắn thành phần mang điện là các điện tích tự do tồn tại trong điện môi. Chúng
có thể là điện tử, ion hoặc ion của các tạp chất. Điện dẫn của các điện môi rắn có thể là
điện dẫn điện tử, điện dẫn ion hoặc tổng hợp của cả hai loại. Các điện tích tự do còn tồn
tại ngay cả trong các lớp ẩm, bụi bám trên bề mặt điện môi. Do đó, mà tồn tại không chỉ
dòng điện chạy qua bề dày điện môi (dòng điện khối IV) mà còn tồn tại dòng điện mặt của
nó (dòng điện mặt IS).
1.6.1 Điện dẫn của điện môi có cấu trúc tinh thể ion.
Ví dụ: Xét tinh thể muối NaCl.
NaCl → Na+ + Cl-
Các ion Na+, Cl- nằm xen kẽ nhau tại các nút của mạng tinh thể ở trạng thái cân
bằng nhờ lực hút giữa các ion trái dấu.
Các ion có thể chuyển động từ nút này sang nút khác và sự chuyển động này được
hình dung như là sự đổi chỗ giữa các ion âm và dương. Để xảy ra quá trình này cần cung
cấp một năng tương đương với 15eV. Điều này không thể xảy ra được trong chuyển động
nhiệt. Để có được một năng lượng lớn như vậy trong chuyển động nhiệt phải nâng nhiệt
độ đến 5000oK.

H.1.11
Lúc này điện dẫn không còn ý nghĩa vật lý như cũ nữa vì bản thân điện môi đã
chuyển sang một trạng thái khác - trạng thái của chất lỏng.
Kết quả thí nghiệm đã chứng minh rằng các ion vẫn ở trong trạng thái chuyển
động liên tục ở điều kiện bình thường. Hiện tượng này được giải thích dựa trên cơ sở của
giả thiết rằng trong cấu trúc NaCl luôn luôn tồn tại các lỗ trống - các khuyết tật và do vậy
ở vị trí của chúng lại xuất hiện một chỗ bỏ ngỏ - một khuyết tật mới. Do vậy trong cấu
trúc có các ion nằm ở các nút, các ion nằm ở giữa các nút và các lỗ trống.
Độ linh hoạt của ion được tính tương tự như đối với chất lỏng.
U +U
qνδ 2 − KT
0 1

Ki = .e (1.23)
6 KT
U1- đó là năng để tạo thành khuyết tật.
U +U
nq 2 δ 2ν − KT 0 1

γ = nqk i = .e (1.24)
6 KT
Tần số dao động nhiệt tỷ lệ với nhiệt độ và nếu ta coi là sự phụ thuộc này là tuyến
tính: ν = aT

14

a_ hằng số.
Do đó công thức trên có thể viết lại.
B
−
γ = Ae T (1.25)
nq 2δ 2 a
A=
6K
với (1.26)
U + U1
B= 0
K

ln γ II
I
n1

n2
U1
n3
n4=0

n4<n3<n2<n1 1/T

H.1.12
Từ công thức trên suy ra điện dẫn của điện môi rắn có cấu trúc tinh thể ion sẽ có
1
dạng tuyến tính trong hệ tọa độ ( ln γ , ).
T
Trên quan hệ này ta thấy nó có dạng gãy khúc gồm hai đoạn. Đoạn I ứng với vùng nhiệt độ
thấp điện dẫn của tinh thể ion xác định chủ yếu bởi điện dẫn của tạp chất. Điện môi chứa càng
nhiều tạp chất có điện dẫn càng lớn.
Đoạn II ứng với vùng nhiệt độ cao, điện dẫn của tinh thể ion xác định bởi điện dẫn
riêng của điện môi không phụ thuộc vào tạp chất. Khi nhiệt độ tăng, biên độ dao động của các
ion tăng, do đó chúng dễ dàng chuyển động hơn.
Điện dẫn của điện môi có nhiều loại ion khác nhau được tính theo công thức sau:
n Bi
−
γ = ∑ Ai e T
(1.27)
i =1

1.6.2 Điện dẫn của thuỷ tinh vô cơ.
Thuỷ tinh silicat là điện môi rắn có cấu trúc vô định hình. Các ion phân bố không
theo một trật tự nào, tạo thành một lưới không gian. Có thể coi thuỷ tinh như một chất
lỏng “ôquálạnh” và nó có độ linh hoạt nhỏ hơn nhiều so với chất lỏng.
Độ linh hoạt của các ion thuỷ tinh được xác định tương tự như đối với chất lỏng.
U
qνδ 2 − KT 0

Ki = .e (1.28)
6 KT
U0
nq 2 δ 2ν − KT
γ = nqk i = .e (1.29)
6 KT

15

1
Thực nghiệm chứng minh rằng quan hệ giữa γ và nhiệt độ trong hệ toạ độ (lnγ, )
T
có dạng gãy khúc giống như điện dẫn của tinh thể ion.

ln γ
II

I

1/T
H.1.13
Điện dẫn của thuỷ tinh phụ thuộc rất nhiều vào thành phần và hàm lượng các oxýt kim
loại như K2O và BaO. Ion Na+ có độ linh hoạt lớn nhất nên ảnh hưởng mạnh nhất đến
điện dẫn của thuỷ tinh.
Điện dẫn của thuỷ tinh tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.

16

Chuong 1 tinh dan dien cua dien moi

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (20)

Ähnlich wie Chuong 1 tinh dan dien cua dien moi

Ähnlich wie Chuong 1 tinh dan dien cua dien moi (20)

Mehr von Đinh Công Thiện Taydo University

Mehr von Đinh Công Thiện Taydo University (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

Chuong 1 tinh dan dien cua dien moi