TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

Môn học:

VẬT LIỆU ĐIỆN

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

1. Khái niệm chung

2. Điện trở khối của đoạn cách điện có hình dạng khác nhau

3. Bản chất vật lý của sự dân điện trong vật chất

4. Tính dẫn điện trong kim loại

5. Tính siêu dẫn và tính dẫn điện cao (dây dẫn lạnh)

TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI

6. Tính dẫn điện trong bán dẫn

7. Tính dẫn điện của điện môi rắn 8. Tính dẫn điện của chất khí

9. Tính dẫn điện của chất lỏng

TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA ĐIỆN MÔI

Theo lý thuyết, vật liệu cách điện dưới điện áp DC sẽ không cho dòng điện chạy qua. (Rcđ = ∞, cđ = ∞)

Tuy nhiên, thực tế là có dòng điện rất nhỏ chạy qua (dòng điện rò).

 Điện trở suất của vật liệu cách điện là có giới hạn. (Rcđ ≠ ∞, cđ ≠ ∞) Dòng điện rò:

1. Khái niệm chung

cđ cđ

rò

R

I U

I  

Irò = Icđ: dòng điện rò

U: Điện áp đặt hai đầu cách điện R_cđ: điện trở cách điện

Is: dòng điện mặt I = Iv: dòng điện khối

Dòng điện rò qua 1 đoạn cách điện: là tỉ số giữa điện áp 1 chiều với điện trở của đoạn cách điện ở thời gian ổn định.

Dòng điện rò khối: là dòng diện đi trong lòng của điện môi

Dòng điện mặt: là dòng điện đi trên bề mặt của điện môi.

1. Khái niệm chung

V

V

R

I U I  

S

S

R

I  U

s rò

cđ I I I

I   

S V

cđ

R R

R

1 1

1  



RV: Điện trở khối; RS: Điện trở mặt

G : Điện dẫn khối; G : Điện dẫn mặt ^{cđ V S}

G G

G  



Điện trở khối RV ()

V: Điện trở suất khối (m) S: tiết diện của điện môi (m²) l: chiều dài đoạn cách điện (m)

S R_V 



d

l

U

4 d

S  

Điện trở suất khối V (m)

S R

l

V V





Điện trở mặt Rs ()

S: Điện trở suất mặt (m)

l: khoảng cách giữa 2 điện cực tính theo bề mặt của điện môi rắn h: chiều dài của điện cực tiếp xúc với điện môi.

h R_S 



Điện trở suất mặt S (m)

h R

l

S S





U

l

h

b R_S 



b a R_S

S

 1





Ví dụ:

Xác định dòng điện rò qua 1 đoạn cách điện hình trụ có chiều dài trụ là 20cm. Đường kính trụ là 2cm.

Đặt giữa 2 điện cực phẳng tròn có đường kính 2 cm vào chính tâm 2 đầu điện môi.

V = 10¹⁵ (m)

S = 10¹⁶ (m) UDC = 1000 (V)

d

l

U

 ?

I rò

S l U R

I U

V V

V ^{ } 

h l U R

I U

S s

S ^{ } 

s V

rò I I

I  

2

. 4

d l I U

V V

 





) ( 2 10

) 10 . 2 (

10 . 20 . 10 4

1000 ₁₅

2 2 15 2

A

I_V ^



 

 



d l I U

s S

 



) ( 10 . 10

. 2

10 . 10 20

1000 ₁₄

2 16 2

A

I_S ^



 

 



) ( 10

2 10

14

15

A

I

 

 

Xét đoạn cách điện hình chữ nhật có kích thước a,b và độ dày cách điện l (như hình vẽ).

Đặt điện cực tròn tiết diện S ở bề mặt đoạn cách điện.

a,b >> l Rs, s  

2. Điện trở khối của các đoạn cách điện có hình dạng khác nhau

a

b

l U Điện cực S

 





 1 1 1 1

1

V S

V

cđ R R R

R

 R

 R

S R_V 



4 d2

S 



Đối với đoạn cách điện dài l, đường kính D.

Đặt hai đầu đoạn cách điện hai điện cực tròn đường kính d (ngay tâm), điện áp U (như hình vẽ). l>>D, d

h R

l





V cđ

R R 



D

l

d U a) Nếu R_s, _s  

b) Nếu R_s, _s   S

R_V 



4 d2

S 



S R_V 



4 d 2

S 





 









 



 d h

d D d l

l D l



2 2 .

)

'

(

Bài tập:

Cho khối điện môi vuông, kích thước cạnh là 2a. Giữa 2 mặt đối diện, người ta đặt điện cực phẳng vuông tại tâm, kích thước điện cực là a được đặt dưới điện áp DC.

_V = 10¹⁵ (m)

_S = 10¹⁶ (m) U_DC = 1000 (V)

a) Tính dòng điện rò qua điện môi theo a.

U a 2a

a 2a b) Trong trường hợp điện cực tròn, đường

kính a

Tính dòng điện rò qua điện môi theo a

Đối với tụ điện hình trụ hay cách điện giữa hai điện cực đồng trục (đặc biệt là cách điện của cáp một sợi).

Độ dài điện cực là l, bán kính trong r1, bán kính ngoài r2.

r₁ r₂ l

1

ln

2 r

r R

l



 

1

ln

2 r

R

r



 

Nếu r2-r1 << r1

1 2

1 2

2 r r

r R

r



 





1

ln

2 r

r R

l



 

a) Nếu R_s, _s  

b) Nếu R_s, _s  

Bài tập:

Cho 1 đoạn cáp đồng trục dài 1m, đường kính dây dẫn trong = 1mm, đường kíh dây dẫn ngoài = 3mm.

V = 10¹⁵ (m)

S = 10¹⁶ (m) UDC = 1000 (V)

Tính dòng điện rò qua điện môi

r₁ r₂ l

2 1

2 1

R R

R R_cđ R

  Điện trở cách điện của cáp:

Một số dạng điện trở đặc biệt

R_cđ 



Dây

Vỏ R_cđ

k: điện trở cách điện của 1km cáp (M.km) Cho 2 đoạn cáp có điện trở cách điện:

R1 = 500M; R2 = 100M

Hai đoạn cáp mắc nối tiếp  điện trở toàn phần là ???

Hai đoạn cáp mắc song song  điện trở toàn phần là ???

2 1

2 1

R R

R R_cđ R

 

) 6 (

500 100

500

100 .

500  

  M

R_cđ

Đối với cáp không có khái niệm mắc nối tiếp, song song

Điện trở suất cắt ngang lớp (trên một đơn vị diện tích): là điện trở của lớp điện môi có độ dày l trên đoạn có diện tích 1m².

l U

l

S S S l

R . 

. 

.



  

Bề dày lớp cách điện lớn  có điện trở suất cắt ngang lớn

Điện trở dọc lớp: cho đoạn độ dài vuông góc theo hướng đi của dòng điện a và độ rộng b. sẽ bằng:

l b

a b

R a

//

.

//

   

U

l

b a

Điện trở suất dọc lớp:

l







Dòng điện là sự chuyển dịch có trật tự các điện tích dưới tác động của điện trường ngoài.

Điều kiện tồn tại dòng điện là trong vật chất phải có điện tích tự do và điện trường ngoài.

3. Bản chất vật lý của sự dẫn điện trong vật chất

E

V_E V_E

Mật độ dòng điện:

S j  I

V

q n j  . .

n: nồng độ điện tích q: điện tích

VE: tốc độ chuyển động của điện tích theo điện trường

l U S

l S U

S R U S

j I

V V

 .

 







 . .  .

. E

l V U

q n

V

E

 

 



 



 



 1

E q V n .



  



 





m siemens

E u  V

: điện dẫn suất

u: Độ linh động điện tích n: nồng độ điện tích

u q n . .



 

Tuỳ thuộc vào bản chất thiên nhiên của các hạt mang điện có trong vật chất, hiện tượng dẫn điện được quan sát có những khác biệt rất khác nhau. Những dạng dẫn điện chủ yếu:

1. Tính dẫn điện điện tử: Hạt mang điện là các điện tử tự do. Đây là đặc trưng của tính dẫn điện trong kim loại

2. Tính dẫn điện ion hay phân ly: Hạt mang điện là các ion (+) và ion (-).

Ví dụ: dung dịch NaCl, dưới tác dụng của điện áp DC sẽ xảy ra hiện tượng điện phân làm cho số lượng điện tích trong dung dịch giảm dần và tính dẫn điện dần dần yếu đi.

3. Tính dẫn điện di: Hạt mang điện là các hóm phân tử dưới tác động của điện trường ngoài, các nhóm phân tử sẽ di chuyển từ vị trí này sang vị trí khác làm cho nồng độ điện tích liên tục thay đổi trong thể tích của điện môi.

4. Một số điện môi có đồng thời tất cả các loại dẫn điện kể trên.

5. Tính dẫn điện của vật chất còn phụ thuộc vào trạng thái của vật chất. Ví dụ:

kim loại ở trạng thái rắn, lỏng có độ dẫn điện cao, còn ở trạng thái khí có tính chất cách điện.

Kim loại có tính dẫn điện điện tử, khác biệt với các loại dẫn điện khác là dù ở DC hay AC, tính dẫn điện của kim loại không thay đổi theo thời gian. Người ta chứng minh sự tồn tại của điện tử trong kim loại thông qua thực nghiệm sau:

Hiệu ứng Hall:

4. Tính dẫn điện trong kim loại

b J H a A

H I A

U  . .  . . .

 Cho một dây dẫn dẹp có dòng điện đi qua, dây dẫn được đặt trong từ trường H sẽ làm cho quĩ đạo chuyển động của dòng điện bị thay đổi và hình thành một hiệu điện thế U giữa hai mặt bên của dây dẫn.

N

S

a b



 

  b a J I

.

J: Là mật độ dòng điện trung bình ở mặt cắt ngang dây dẫn

A: hệ số Hall và là tham số của vật liệu dây dẫn

Dấu của điện thế sẽ được thay đổi nếu:

 Thay đổi dấu của dòng điện, dấu của từ trường giữ nguyên.

 Thay đổi dấu của từ trường, dấu của dòng điện giữ nguyên.

Thực nghiệm Hall đã chứng tỏ điện tử mang điện tích âm.

Quán tính của điện tử:

Nếu dây dẫn kim loại nằm trong không gian được che chắn toàn bộ với điện

trường nguồn, cho dây dẫn chuyển động rất nhanh rồi dừng đột ngột thì các điện tử còn chuyển động theo quán tính. Đồng hồ đo lường nối 2 đầu dây dẫn có đột biến chỉ thị trong giây lát.

 Chứng tỏ điện tử có quán tính  có khối lượng (m_e = 9.1.10^-31 kg)

Nếu kim loại được đặt một điện áp, làm cho trong kim loại có điện trường E, thì mỗi điện tử sẽ tác động một lực F = q.E . Các điện tử chuyển động với một gia tốc theo hướng của điện trường, và bằng:

e V_T

V_E

e V_T

V_E

e

V_E E

m E e m

a  F  

e = -1,6.10^-19 (C) m = 9,1.10^-31 (kg)

Qua thời gian t, tốc độ điện tử VE:

m t E e t

a

V

 .  . .

Biểu diễn tốc độ chuyển động của điện tử:

 V_E

 

 .

0 2

. . .

min max

m V eE

V

m E e a

V

Etb E

E

 



 









l: là quãng đường mà điện tử di chuyển không gặp chướng ngại

VT: tốc độ trung bình của tất cả các điện tử trong chuyển động nhiệt.

E

T

V

V l

 



Theo lý thuyết kim loại, ta có VT >> VE

V

 l

 

Chuyển động nhiệt của điện tử cũng tuân theo định luật chuyển động nhiệt của khí lý tưởng:

m V KT

mV KT

T

T

3

2 3 2

2

  

K = 1,38.10^-23 (J/K) hằng số Boltzmann.

T: nhiệt độ tuyệt đối (^oK)

KT m l m

eE m

V

eE

. 3 . 2

2 



 

mKT V

eEl

3

 2



E mKT e eEl

E n q V n

. 3

. 2

. 

 

mKT l ne

3 2



 

: điện dẫn suất của kim loại; : điện trở suất của kim loại

mKT l ne

3 2



 

l ne hay 2 3 mKT

 

Theo vật lý lượng tử, người ta có thể đưa ra công thức chính xác hơn để tính được điện dẫn suất trong kim loại. Tuy nhiên, về bản chất là không thay đổi, nó đồng nghĩa với việc nhiệt độ giảm xuống thì tính dẫn điện của kim loại tăng lên.

Hệ số nhiệt điện trở TKR:

dT dR TKR R 1



Hệ số nhiệt điện trở suất TK:



  TKR  TK

: hệ số nhiệt nở dài của vật liệu

Lưu ý:

TKR, TK của kim loại là số dương

TKR, TK của các loại chất khác là số âm

Khi nghiên cứu tính chất của kim loại, người ta nhận thấy rằng nhiệt độ của dây dẫn càng thấp thì có điện dẫn suất  càng cao (hay điện trở suất  càng nhỏ).

Trên thực tế có rất nhiều kim loại khi nhiệt độ giảm đến một giới hạn nào đó thì điện trở suất hoàn toàn biến mất:  = 0  gọi là hiện tượng SIÊU DẪN, còn dây dẫn được gọi là DÂY SIÊU DẪN.

Tuy nhiên, có một số kim loại dẫn điện tốt ở nhiệt độ bình thường như Al, Ag lại không có nhiệt độ siêu dẫn. Al có nhiệt độ siêu dẫn, nhưng ở giá trị cực thấp.

5. Tính siêu dẫn và tính dẫn điện cao trong kim

loại (tính dẫn lạnh)

Đặc điểm của dây siêu dẫn:

Dây siêu dẫn có tính nghịch từ lý tưởng  = 0

(Nghịch từ lý tưởng là nếu đặt 1 nam châm trên đĩa siêu dẫn thì nam châm không chạm được vào đĩa, hoặc nếu người ta đặt 1 dây siêu dẫn trong từ trường thì dây siêu dẫn này cũng lơ lửng trong từ trường đó).

Nếu ta nạp một lần năng lượng vào cuộn dây siêu dẫn thì năng lượng đó có thể giữ được ở 1 thời gian không hạn chế.

Nếu cuộn dây siêu dẫn đang ở trạng thái tích trữ năng lượng, nhưng vì một lý do nào đó mà tính siêu dẫn biến mất thì toàn bộ năng lượng sẽ bị giải phóng đột ngột gây nguy hiểm cho người và vật.

Nhiệt độ siêu dẫn của kim loại và hợp kim hầu hết đều dưới 10^oK (- 263^oC)

Ứng dụng của dây siêu dẫn:

Nhờ tính nghịch từ lý tưởng  = 0, người ta chế tạo vòng bi.

Chế tạo các bộ tích lũy năng lượng cho hệ thống điện.

Theo tính toán, có thể chế tạo được máy biến áp, máy phát kích thước nhỏ nhưng hiệu suất cao (99,99%).

Chế tạo cáp điện truyền được công suất lớn với chiều dài không hạn chế.

Áp dụng sự xuất hiện và phá vỡ tính siêu dẫn để điều khiển lạnh sử dụng trong điều khiển máy tính điện tử.

Chế tạo nam châm điện có cuộn dây bằng vật liệu siêu dẫn, tạo ra từ trường mạnh mà không hao phí năng lượng do tỏa nhiệt.

NAM CHÂM KHỔNG LỒ CÓ CUỘN DÂY BẰNG VẬT LIỆU SIÊU DẪN

Nam châm siêu dẫn dùng trong máy chụp cộng hưởng từ (MRI)

Tính dẫn lạnh

Dây dẫn lạnh là dây dẫn luôn tồn tại 1 điện trở suất nhất định nào đó.

Cu & Al được dùng làm dây dẫn lạnh do nó có nhiều ưu điểm nổi trội so với dây siêu dẫn.

Tính chất của dây dẫn lạnh là chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, không phụ thuộc vào từ thông hoạt động của dây dẫn (hoặc chỉ phụ thuộc rất ít).

Dây siêu dẫn thường hoạt động ở nhiệt độ <10^oK. Dây dẫn lạnh hoạt động ở nhiệt độ từ 20^oK trở lên cho đến hàng trăm ^oK.

Dây dẫn lạnh không có hiện tượng giải phóng năng lượng đột ngột do nó có điện trở nhất định và sự tỏa nhiệt liên tục xảy ra.

Tính chất của dây dẫn lạnh phụ thuộc rất nhiều vào lượng tạp chất có trong thành phần của dây dẫn.

Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Lượng tạp chất có trong thành phần bán dẫn (nhiều tạp chất

 tính dẫn điện tăng)

 Nhiệt độ (nhiệt độ tăng  tính dẫn điện tăng)

 Điện trường tác động

 Năng lượng của các tia bức xạ

 Độ ẩm, áp suất và một số yếu tố khác…

6. Tính dẫn điện trong bán dẫn

Tính dẫn điện của bán dẫn phụ thuộc vào các yếu tố sau:

 Lượng tạp chất có trong thành phần bán dẫn (nhiều tạp chất

 tính dẫn điện tăng)

 Nhiệt độ (nhiệt độ tăng  tính dẫn điện tăng)

 Điện trường tác động

 Năng lượng của các tia bức xạ

 Độ ẩm, áp suất và một số yếu tố khác…

Tất cả các nguyên tố nằm trong nhóm IV của bảng tuần hoàn đều có tính bán dẫn, ngoài ra còn có các hợp chất khác. Hai bán dẫn điển hình nhất là Ge (Genami) – độ nhạy cao và Si (Silic) – nhiệt độ cao, bền

6. Tính dẫn điện trong bán dẫn

 Bán dẫn không chứa tạp chất được gọi là bán dẫn loại i, nó có tính dẫn điện rất yếu, có thể so sánh tính dẫn điện với tính dẫn điện của điện môi.

 Để có thể chế tạo chất bán dẫn thành các vật liệu khác nhau, ta có thể thêm tạp chất vào bán dẫn loại i, nhưng phải có số lượng cực kỳ chính xác.

 Bán dẫn chứa tạp chất thuộc nhóm V của bảng tuần

hoàn được gọi là bán dẫn loại n, có tính dẫn điện điện tử (dư electron).

 Nếu đưa tạp chất là nguyên tố thuộc nhóm III của bảng

tuần hoàn vào bán dẫn loại i thì trong liên kết đồng hóa

trị sẽ thiếu 1 điện tử. Bán dẫn này được gọi là bán dẫn

loại p, có tính dẫn điện ion, hạng mang điện là các ion

dương.

Nếu ghép 2 tấm bán dẫn loại p và n với nhau sẽ có hiện tượng thăng hoa điện tích.

+ + + + + + + + + + + +

- - - - - - - - - - - - +

-

p-Ge n-Ge

Các điện tích (+) từ phía p-Ge sẽ chuyển sang phía n-Ge, còn các điện tử thì dịch chuyển theo hướng ngược lại từ n-Ge

sang p-Ge. Giữa chúng sẽ hình thành 1 điện trở gọi là điện trở tiếp giáp.

Nồng độ điện tích trên mặt tiếp giáp rất nhỏ, do chúng dịch

chuyển ngược nhau và chúng được tái hợp thành phần tử

trung hòa. Nồng độ điện tích lớp tiếp giáp có thể so sánh với

bán dẫn loại i.

Nếu đặt điện áp theo hướng thuận vào tiếp giáp p-n, các điện tích sẽ di chuyển đến điện cực trái dấu, làm cho tiếp diện của mặt tiếp giáp bị nén lại nhỏ dần. Trong trường hợp này, nó cho dòng điện đi qua.

Đây chính là chiều thuận của Diode

+ + + + + +

- - - - - -

+ -

p n

+ + + + + +

- - - - - -

- +

p n Nếu đặt điện áp theo hướng nghịc vào tiếp giap p-n, các điện tích sẽ di chuyển đến điện cực trái dấu, làm cho tiếp diện của mặt tiếp giáp nới rộng ra, không cho dòng điện đi qua. Đây chính là chiều nghịch của Diode

Từ bán dẫn, người ta có thể chế tạo rất nhiều thiết bị điện

hay các thiết bị công nghiệp có công suất lớn, kích thước

nhỏ.

Tính dẫn điên trong điện môi rắn là sự chuyển động của những ion điện môi hoặc của những tạp chất ngẫu nhiên, hay một số điện môi có điện tử tự do.

Điện môi rắn có cấu tạo rất đa dạng và tính dẫn điện của chúng rất khác nhau. Tuy nhiên, chúng có thể được chia thành những loại sau:

 Nhóm 1: Điện môi rắn có cấu trúc phân tử. Ví dụ: giấy, gỗ, nhựa PE, PVC và các hợp chất hữu cơ khác…

 Nhóm 2: Vật chất rắn có cấu trúc ion. Ví dụ: tinh thể NaCl…

 Nhóm 3: Vật chất rắn không định hình, như: thuỷ tinh vô cơ…

 Nhóm 4: vật chất rắn vô cơ, ví dụ như: sành, sứ, gốm…

7. Tính dẫn điện của điện môi rắn

Tính dẫn điện của điện môi rắn có cấu trúc phân tử:

Tính dẫn điện rất yếu và nó phụ thuộc rất mạnh vào lượng tạp chất và loại tạp chất trong thành phần của điện môi.

Trong cùng một loại điện môi, nếu tạp chất là ion  tính dẫn điện rất nhỏ, nếu tạp chất là electron  tính dẫn điện cao hơn (nếu electron có cùng nồng độ điện tích như ion).

Điện môi có cấu trúc phân tử có tính cách điện rất cao và thường được sử dụng làm vật liệu cách điện.

 Điện môi không phân cực (PE)

 Điện môi có cực (PVC)

Nếu điện môi rắn có tạp chất là ion, được đặt dưới điện áp

một chiều thì số lượng điện tích trong điện môi giảm dần và

tính dẫn điện sẽ yếu đi.

Tính dẫn điện của điện môi rắn có cấu trúc ion:

Phụ thuộc mạnh vào lượng tạp chất. Chỉ cần một lượng rất nhỏ tạp chất cũng làm phá hủy cấu trúc của phân tử và làm tính dẫn điện tăng mạnh.

 Ở nhiệt độ thấp: tính dẫn điện là sự dịch chuyển của các electron tạp chất.

 Ở nhiệt độ cao: tính dẫn điện là sự dịch chuyển của chính ion điện môi được giải phóng do có năng lượng liên kết yếu.

Tính dẫn điện của điện môi rắn không định hình:

Tính chất điện của điện môi rắn không định hình theo các phương là bằng nhau (dọc = ngang). Tính dẫn điện của chúng còn phụ thuộc vào hoá trị của ion kim loại kiềm.

Ví dụ: các ion hoá trị 1 tính dẫn điện cao hơn ion hoá trị II,

hoá trị III…

Tính dẫn điện của điện môi rắn vô cơ:

Theo nguyên tắc chung, không có điện trường ngoài tác động sẽ không có hiện tượng già cỗi. (gốm, sứ…). Nếu có tác động của điện trường ngoài vẫn có thể già cỗi.

Nguyên nhân: trong thành phần gốm, sứ có chứa tạp chất là các ion (O

). Sự thất thoát các ion (O

) trong thành phần gốm, sứ gây nên sự già cỗi.

Khắc phục: Nung sứ trong môi trường có nhiều oxy, sau đó trên bề mặt gốm, sứ người ta tráng men bên ngoài không cho oxy thoát ra ngoài.

Sự già cỗi trong điện môi rắn vô cơ là do trong thành phần của điện môi rắn có tính dẫn điện ion. Nếu tạp chất là

electron tự do thì không có hiện tượng già cỗi.

Điện môi khí được xem xét là không khí. Hầu hết các thiết bị điện đều nằm trong không khí. Sự tồn tại của dòng điện trong chất khí là do trong không khí có một lượng nhỏ

điện tích và chúng được hình thành do các nguyên nhân sau:

 Va chạm bởi chuyển động nhiệt

 Điện trường ngoài tác động

 Năng lượng của các tia bức xạ.

Thông thường, ở điều kiện tĩnh có 10

điện tích tự do/

1m

và luôn được hình thành thêm. Trong cùng thời gian này, chúng cũng liên tục tái hợp để trở thành phần tử

trung hòa  giữ nguyên số lượng điện tích/m

.

8. Tính dẫn điện của điện môi khí

E u

V



. E u

V



.

(Tốc độ chuyển động của q⁺)

(Tốc độ chuyển động của q^-) u: độ hoạt động của điện tích q



 n

n

n

 . .

n_-: Số ion (-)

: hệ số tái hợp Nếu n₊ =n_- = n  n_p = .n²

E u

u V

V

V





 (



).

E u

u q n j

V nq

j  .

  . (



).

) (

.

.  



 n q u u

E

nq V















 n n q u u

n

. .

 



Ở điện trường thấp, các giá trị n

, , q, u

, u

là hằng số

  là hằng số   là hằng số  R là hằng số

O

A B

C

E₁ E₂ E(U)

(V/m) j(I)

Định luật Ohm trong chất khí:

I R  U

ĐL Ohm trong chất khí thể hiện ở đoạn OA. Đoạn này, U tỉ lệ thuận với I, còn R = const.

Tại A: E1 = 0,5 (V/m)

Nếu điện trường vượt quá điểm A  U tăng, nhưng I không tăng (hay E tăng, nhưng j không tăng).

Nguyên nhân: số lượng điện tích liên tục được hình thành, đồng thời số lượng phân tử khí được tái hợp cũng liên tục diễn ra. Nhưng ở điện

trường đủ lớn, các điện tích không được tái hợp và chúng sẽ di chuyển đến điện cực trái dấu.

 j không đổi cho đến giá trị E = E2 = 10⁶ (V/m)

O

A B

C

E₁ E₂ E(U)

(V/m) j(I)

Nếu tăng E > E2 thì mật độ dòng điện tăng rất mạnh

Nguyên nhân: Điện trường càng lớn

 tốc độ chuyển động của ion tạp

chất càng lớn, chúng va chạm với các phân tử khí nguyên vẹn và làm phá hủy chúng  hình thành thêm điện tích mới. Các điện tích mới lại phá hủy các phân tử khí khác  số lượng điện tích tăng lên không ngừng cho đến khi chọc thủng khoảng cách.

E2: được gọi là cường độ điện trường ion hóa (cường độ điện trường tới hạn).

Điện môi lỏng có thể chia thành 2 nhóm chính:

 Điện môi lỏng không cực  dùng cho máy biến áp

 Điện môi lỏng có cực

Tính đẫn diện của điện môi lỏng không cực chỉ phụ thuộc vào lượng tạp chất có trong thành phần điện môi và chúng có tính cách điện rất cao.

Điện môi lỏng có cực ngoài sự phụ thuộc vào lượng tạp chất, nó còn phụ thuộc vào độ phân ly của chính phân tử chất lỏng.

Cả chất lỏng không cực và chất lỏng có cực có tính dẫn điện phụ thuộc rất mạnh vào nhiệt độ và chúng tăng theo hàm mũ với nhiệt độ.

9. Tính dẫn điện của điện môi lỏng

Nếu điện môi lỏng có chứa tạp chất là ion tự do và được đặt dưới điện áp 1 chiều thì tính dẫn điện sẽ giảm dân

theo thời gian, do có hiện tương điện phân. Đây được gọi là phương pháp làm sạch điện môi bằng điện.

Bán kính r

V 

Để chứng minh quan hệ giữa điện dẫn suất và độ nhớt của nó sử dụng định luật Stokes:

r V F

. . 6  



+ -

+ -

U

Khi đặt điện áp  Lực tác động lên các điện tích mang điện và gây ra sự chuyển động:

E q F  .

F: lực tác đông; : độ nhớt của chất lỏng; r: bán kính điện tích tạp chất

r E V q

. . 6

.



 



Khi nhiệt độ thay đổi, các giá trị n, q, r không đổi

  = hằng số.

 U tăng lên thì I tăng lên liên tục đến khi điện môi bị đánh thủng.

Độ bền điện của chất lỏng cao hơn chất khí.

r nq E

r nq qE

. . 6 .

. . 6

2







   



r nq

. 6

2

  



CBGD: ThS. Nguyễn Hữu Vinh

Email: huuvinhdct@gmail.com