Pháưn IV VÁÛT LIÃÛU CẠCH ÂIÃÛN -Khi âàût âiãûn mäi trong âiãûn trỉåìng, trong âiãûn mäi diãùn ra 2 hiãûn tỉåüng cå bn sau: + Trãn bãư màût âiãûn mäi xút hiãûn cạc âiãûn têch trại dáúu våïi âiãûn têch trãn bãư màût bn cỉûc. Hiãûn tỉåüng ny gi l hiãûn tỉåüng phán cỉûc diãûn mäi. + Trong âiãûn mäi xút hiãûn sỉû chuøn dåìi ca cạc âiãûn têch tỉû do tảo thnh dng âiãûn cọ trë säú nh chảy tỉì bn cỉûc ny sang bn cỉûc kia. Hiãûn tỉåüng ny gi l hiãûn tỉåüng dáùn âiãûn ca âiãûn mäi. Ngoi ra, do nh hỉåíng ca 2 hiãûn tỉåüng cå bn trãn, trong âiãûn mäi cn diãùn ra 2 hiãûn tỉåüng: +Khi cọ âiãûn trỉåìng âàût vo s lm cho mäüt pháưn nàng lỉåü ng âiãûn s biãún thnh nhiãût nàng, sau mäüt thåìi gian lm âiãûn mäi âäút nọng lãn. Hiãûn tỉåüng ny gi l hiãûn tỉåüng täøn hao âiãûn mäi. + Åí âiãưu kiãûn t 0 ,P , f nháút âënh ,âiãûn mäi cọ1 âiãûn ạp giåïi hản , nãúu ta âàût vo âiãûn mäi âọ 1 âiãûn ạp vỉåüt quạ nọ thç s xy ra hiãûn tỉåüng âạnh thng âiãûn mäi. Khi âọ âiãûn mäi máút tênh cạch âiãûn - Dỉûa vo U dt ta xạc âënh âỉåüc âäü bãưn âiãûn ca âiãûn mäi E bâ , E bâ l kh nàng chëu âỉûng ca váût liãûu khi âiãûn ạp âàût vo m khäng bë phạ hu , nọ âàûc trỉng bàòng cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng tải âiãøm âạnh thng E bâ = E ât = h U ât h : bãư dy âiãûn mäi tải âiãøm âanghs thng , U ât : âiãûn ạp âạnh thng Chỉång 5 SỈÛ PHÁN CỈÛC ÂIÃÛN MÄI I. Khại Niãûm Chung 1.1 Sỉû phán cỉûc âiãûn mäi : 1.1.a Âënh nghéa : Phán cỉûc âiãûn mäi l sỉû dëch chuøn cọ giåïi hản cạc âiãûn têch liãn kãút hồûc sỉû âënh hỉåïng ca cạc lỉåỵng cỉûc dỉåïi tạc dủng ca âiãûn trỉåìng 1.1.b Cå chãú phán cỉûc âiãûn mäi Cạc phán tỉí khäng phán cỉûc bçnh thỉåìng khäng cọ cỉûc tênh nhỉng dỉåïi tạc dung ca cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng, låïp v âiãûn tỉí v hảt nhán s dëch chuøn theo tạc dủng ca âiãûn - - - - - - - - - - - E' E 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - Egh Dgh 2 1 E D 1 : Khi E vaỡ D quan hóỷ tuyóỳn tờnh 2 : Quan hóỷ phi tuyóỳn cuớa E vaỡ D ( õióỷn mọi xennhit) trổồỡng (lồùp voớ õióỷn tổớ chuyóứn õọỹng ngổồỹc chióửu õióỷn trổồỡng, haỷt nhỏn chuyóứn õọỹng cuỡng chióửu õióỷn trổồỡng), õióỷn trổồỡng caỡng lồùn thỗ sổỷ dởch chuyóứn caỡng maỷnh laỡm cho phỏửn tổớ bở phỏn cổỷc. Caùc chỏỳt coù cỏỳu taỷo lổồợng cổỷc: bỗnh thổồỡng caùc lổồợng cổỷc chuyóứn õọỹng họựn loaỷn theo chuyóứn õọỹng nhióỷt, khi coù taùc duỷng cuớa cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng caùc lổồợng cổỷc õởnh hổồùng 1 phỏửn theo chióửu õióỷn trổồỡng. Caùc chỏỳt coù cỏỳu taỷo ion: dổồùi taùc duỷng cuớa cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng caùc ion seợ dởch chuyóứn theo chióửu taùc duỷng cuớa õióỷn trổồỡng. Kóỳt quaớ, trón bóử mỷt õióỷ n mọi seợ xuỏỳt hióỷn caùc õióỷn tờch traùi dỏỳu vồùi õióỷn tờch trón baớn cổỷc, vaỡ taỷo bón trong õióỷn mọi mọỹt cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng phuỷ E ngổồỹc chióửu vồùi õióỷn trổồỡng ngoaỡi. ỏy chờnh laỡ quaù trỗnh tờch õióỷn cuớa tuỷ õióỷn. + a sọỳ caùc õióỷn mọi coù õỷc õióứm: Giổợa caớm ổùng õióỷn D vaỡ cổồỡng õọỹ õióỷn trổồỡng E 1 taỷo ra bón trong õióỷn mọi phuỷ thuọỹc tióỳn tờnh E.D r r = + Ngoaỡi ra coù 1 sọỳ õión mọi khi E r thay õọứi thỗ caớm ổùng õióỷn D r cuợng bióỳn õọứi khọng tuyóỳn tờnh vồùi E r . Khi E r tng õóỳn 1 giaù trở naỡo õoù thỗ D khọng thay õọứi . Nhổợng chỏỳt naỡy goỹi laỡ õióỷn mọi Xenhit muọỳi xen nhờt : NaK C 4 H 4 O 6 (H 2 O) 6 1.2) Hũng sọỳ õióỷn mọi: Trong tuỷ õióỷn, mọi trổồỡng giổợa 2 õióỷn cổỷc laỡ õióỷn mọi. Khi õỷt lón tuỷ õióỷn 1 õióỷn aùp U thỗ trón baớn cổỷc seợ coù 1 õióỷn õióỷn tờch Q. Giổợa Q vaỡ U ta coù quan hóỷ sau Q = C . U vồùi C laỡ õióỷn dung cuớa tuỷ õióỷn (1) Trong õoù Q gọửm 2 thaỡnh phỏửn : Q = Q 0 + Q Q 0 : laỡ õióỷn tờch trón baớn cổỷc cuớa tuỷ õióỷn khi õióỷn mọi bón trong tuỷ laỡ chỏn khọng Q : thaỡnh phỏửn õióỷn tờch tng thóm trón bóử mỷt baớn cổỷc do quaù trỗnh phỏn cổỷc ồớ bón trong õióỷn mọi taỷo ra Tổỡ õoù ngổồỡi ta õổa ra tyớ sọỳ giổợa Q vaỡ Q 0 , tyớ sọỳ õoù goỹi laỡ hũng sọỳ õióỷn mọi tổồng õọỳi 1 ' 1 ' 00 0 0 += + == Q Q Q QQ Q Q (2) ==> : bỏỳt kỗ mọỹt chỏỳt naỡo cuợng lồùn hồn 1, trổỡ trổồỡng hồỹp õióỷn mọi laỡ chỏn khọng = 1. Hũng sọỳ õióỷn mọi tuyóỷt õọỳi: 0 = 9 10.9 4 1 ( F/m) Tỉì (1) v (2) ta cọ : 0 Q Q = ε =>Q = ε . Q 0 => C.U = ε . C o . U => ε = 0 C C Váûy ta âënh nghéa : Hàòng säú âiãûn mäi ca 1 cháút âiãûn mäi no âọ âỉåüc xạc âënh bàòng t säú giỉỵa âiãûn dung tủ âiãûn cọ âiãûn mäi lm bàòng cháút âọ v âiãûn dung ca tủ âiãûn cọ cng kêch thỉåïc nhỉng âiãûn mäi l chán khäng. 1.3 Cạc dảng phán cỉûc âiãûn mäi : 1.3.1 Phán loải theo thåìi gian phán cỉûc: Dỉûa theo thåìi gian phán cỉûc cọ 2 dảng phán cỉûc sau : Dảng phán cỉûc nhanh: Bao gäưm cạc dảng phán cỉûc âỉåüc thỉûc hiãûn trong âiãûn mäi dỉåïi tạc dung ca âiãûn trỉåìng mäüt cạch tỉïc thåìi, ân häưi hon ton v khäng gáy täøn hao nàng lỉåüng. Dảng phán cỉûc cháûm: Bao gäưm cạc dảng phán cỉûc âỉåüc thỉûc hiãûn trong âiãûn mäi dỉåïi tạc dung ca âiãûn trỉåìng mäüt cạch cháûm chảp, cọ thåìi gian, v phạt tạn nàng lỉåüng lm âiãûn mäi nọng lãn. 1.3.2 Phán loải theo pháưn tỉí tham gia phán cỉûc: Dỉûa theo pháưn tỉí tham gia phán cỉûc, ta cọ cạc loải phán cỉûc sau: 1.3.2.1 Phán cỉûc âiãûn tỉí nhanh : L sỉû dëch chuøn ân häưi v sỉû âënh hỉåïng ca låïp v âiãûn tỉí ca ngun tỉí trong phán tỉí hồûc ion. Vê dủ: åí ngun tỉí khi chỉa âàût âiãûn trỉåìng, âiãûn tỉí chuøn âäüng xung quanh hảt nhán, tám ca âiãûn têch ám trng våïi tám âiãûn têch dỉång. Khi âàût âiãûn trỉåìng vo thç âiãûn tỉí s dëch chuøn ngỉåüc chiãưu våïi âiãûn trỉåìng, hảt nhán dëch chuøn cng chiãưu âiãûn trỉåìng. Kãút qu tám âiãûn têch dỉång v ám lãûch nhau mäüt khong a. Âàûc âiãøm: - Thåìi gian phán cỉûc diãùn ra ráút bẹ t = 10 -15 (s) - Quạ trçnh phán cỉûc khäng phạt tạn nàng lỉåüng ,khäng täøn hao => thüc dảng phán cỉûc thỉï nháút - Nhỉỵng cháút cọ phán cỉûc âiãûn tỉí ch úu thç ε = n 2 (n hãû säú khục xả ạnh sạng ) - Khi nhiãût âäü tàng thç sỉû phán cỉûc tàng - Phán cỉûc âiãûn tỉí thỉåìng xy ra âäúi våïi cháút khê 1.3.2.2 Phán cỉûc ion nhanh -q +q +q -q a E Phán cỉûc ion âàûc trỉng cho cạc âiãûn mäi cọ cáúu trục tinh thãø ion, âỉåüc tảo ra nhåì sỉû dëch chuøn ân häưi ca cạc ion liãn kãút dỉåïi tạc dung ca âiãûn trỉåìng ngoi, nhåì dëch chuøn ân häưi m khäng phạt tạn nàng lỉåüng. Vê dủ: tinh thãø ion NaCl: Âàûc âiãøm: - Thåìi gian phán cỉûc diãùn ra ráút bẹ t = 10 -12 (s) - Do diãùn ra tỉïc thåìi , khäng phạt tạn nàng lỉåüng nãn phán cỉûc ion thüc dảng phán cỉûc thỉï nháút. - Khi nhiãût âäü tàng thç phán cỉûc cng tàng - Phán cỉûc ion thỉåìng tháúy åí cháút cọ cáúu tảo ion liãn kãút chàût ch 1.3.2.3 Phán cỉûc lỉåỵng cỉûc cháûm : Phán cỉûc ny âỉåüc tảo nãn båỵi sỉû âënh hỉåïng 1 pháưn ca lỉåỵng cỉûc dỉåïi tạc dung ca cỉåìng âäü âiãûn trỉåìng trong khi âang chuøn âäüng nhiãût häùn loản. Âàûc âiãøm: - Thåìi gian phán cỉûc låïn - Täøn hao nàng lỉåüng nãn thüc dảng phán cỉûc cháûm - Khi nhiãût âäü thay âäøi thç phán cỉûc cng thay âäøi nhỉng quan hãû giỉỵa nhiãût âäü v phán cỉûc ráút phỉïc tảp thãø hiãûn qua quan hãû ε = f(t 0 ) 1.3.2.4 Phán cỉûc ion cháûm : Phán cỉûc âỉåüc tảo nãn båỵi cạc chuøn âäüng thỉìa ca cạc nụt ion dỉåïi tạc dủng ca âiãûn trỉåìng trong khi âang chuøn âäüng nhiãût häùn loản quanh vë trê cán bàòng - Quạ trçnh phán cỉûc ny cọ thåìi gian v täøn hao nàng lỉåüng nãn thüc dảng phán cỉûc cháûm. - Âáy l phán cỉûc âàûc trỉng cho cạc cháút cọ liãn kãút ion khäng chàût ch 1.3.2.5 Phán cỉûc âiãûn tỉí cháûm Phán cỉûc ny âỉåüc tảo nãn båỵi cạc âiãûn tỉí khuút táût do tảp cháút, - Thåìi gian phán cỉûc låïn v tiãu täún nàng lỉåüng - Thüc dảng phán cỉûc thỉï hai Chỉa âàût âiãûn rỉåìng Khi âàût âiãûn trỉåìng E t 0 t o 0 ε max ε - Nhỉỵng cháút cọ phán cỉûc âiãûn tỉí cháûm cọ chiãút sút ạnh sạng låïn nãn ε = n 2 låïn 1.3.2.6 Phán cỉûc kãút cáúu : L phán cỉûc phủ xy ra trong cạc váût liãûu ràõn cọ cáúu tảo khäng âäưng nháút v cọ tảp cháút. Bn cháút ca sỉû phán cỉûc ny l l sỉû dëch chuøn ca cạc ion liãn kãút úu dỉåïi tạc dủng ca âiãûn trỉåìng bãn ngoi, tảo thnh âiãûn têch khäng gian trãn ranh giåïi tiãúp xục giỉỵa cạc miãưn khạc nhau. Loải phán cỉûc ny thỉåìng xy ra åí táưng säú tháúp v km theo täøn hao nàng lỉåüng låïn, xy ra cọ thåìi gian => phán cỉûc kãút cáúu thüc dảng phán cỉûc thỉï hai. II Hàòng säú âiãûn mäi ca cháút khê : Cháút khê cọ âàûc âiãøm sau : Máût âäü phán tỉí bẹ, khong cạch giỉỵa cạc phán tỉí låïn do âọ sỉû phán cỉûc trong cháút khê khäng âạng kãø. Nọi chung ε = 1 Sỉû phán cỉûc trong cháút khê ch úu l phán cỉûc âiãûn tỉí nhanh, ≈ ε n 2 våïi n l hãû säú khục xả ạnh sạng Bng säú liãûu vãư ε ca 1 säú khê Tãn gi khê Bạn kênh phán tỉí (A o )n n 2 ε (t o =20 o C P=1atm) He H 2 O 2 CO 2 1,12 1,35 1,82 2,3 1,000035 1,00014 1,00027 1,0005 1,00007 1,00028 1,00054 1,001 1,000072 1,00027 1,00055 1,00096 Mäúi quan hãû giỉỵa hàòng säú âiãûn mäi v ạp sút ε = f (P) P(at) k 2 CO 2 N 2 1 20 40 1,00058 1,0108 1,0218 1,00098 1,02 1,05 1,0006 1,0101 1,055 Mäúi quan hãû giỉỵa hàòng säú âiãûn mäi v nhiãût âäü ε = f (t o ) t o C ε 60 20 -60 1,00052 1,00058 1,00081 Nháûn xẹt: Bạn kênh phán tỉí cng låïn thç ε cng låïn p sút cng låïn thç ε cng låïn Nhiãût âäü tàng thç ε gim ( do máût âäü phán tỉí gim ) III Hàòng Säú Âiãûn Mäi Lng 3.1 Âäúi våïi cháút lng trung ho (khäng cọ cỉûc tênh): Âäúi våïi nhỉỵng cháút ny ch úu l phán cỉûc âiãûn tỉí nhanh vç váûy ε t lãû våïi n 2 Khi nhiãût âäü tàng thç ε gim vç khi nhiãût âäü tàng máût âäü phán tỉí gim t ε =f(f) cuớa dỏửu Xọ Vọ n =f( t o ) cuớa dỏửu Baớng sọỳ lióỷu cuớa chỏỳt loớng trung hoaỡ vaỡ cổỷc tờnh yóỳu Tón chỏỳt n 2 Benzen Tọluen Cacbon tetra Clorua 2,25 2,25 3,125 2,18 2,294 2,163 Nhỏỷn xeùt : ọỳi vồùi chỏỳt loớng trung hoaỡ hay coù cổỷc tờnh yóỳu thỗ < 2,5 3.2 ióỷn mọi loớng coù cổỷc tờnh : - Sổỷ phỏn cổỷc cuớa caùc chỏỳt loớng coù cổỷc tờnh õổồỹc xaùc õởnh õọửng thồỡi bồợi phỏn cổỷc õióỷn tổớ vaỡ phỏn cổỷc lổồợng cổỷc chỏỷm - Phỏn tổớ coù cổỷc tờnh caỡng maỷnh (momen phỏn cổỷc caỡng lồùn ) thỗ hũng sọỳ õióỷn mọi caỡng cao - Mọỹt sọỳ chỏỳt coù hũng sọỳ õióỷn mọi lồùn ( rổồỹu , H 2 O ) , khọng thóứ xem caùc chỏỳt naỡy caùch õióỷn õổồỹc maỡ laỡ nhổợng chỏỳt dỏựn õióỷn yóỳu bũng ion - Quan hóỷ giổợa vaỡ nhióỷt õọỹ rỏỳt phổùc taỷp - Quan hóỷ giổợa vồùi tỏửn sọỳ f - Hũng sọỳ õióỷn mọi cuớa mọỹt sọỳ chỏỳt loớng Tón chỏỳt loớng (t = 20 o C ; P = 1 atm) Thỏửu dỏửu Xọ vọn Xov tọn 4,5 5,0 3,2 IV Hũng sọỳ õióỷn mọi cuớa chỏỳt rừn: Do chỏỳt rừn coù cỏỳu taỷo õa daỷng vaỡ phổùc taỷp hũng sọỳ õióỷn mọi coù giaù trở nũm trong phaỷm vi rọỹng 4.1 Chỏỳt rừn coù cỏỳu taỷo phỏn tổớ trung hoaỡ : Chuớ yóỳu laỡ phỏn cổỷc õióỷn tổớ nhanh 2 n Khi nhióỷt õọỹ tng, giaớm ( do chỏỳt rừn giaợn nồớ vỗ nhióỷt nón mỏỷt õọỹ phỏn tổớ giaớm) 4 10 2 (1) (3) 6 35 10 7 10 f 0 f a b c (1) (2) (3) (1) f = 50 Hz (2) f = 400 Hz (3) f = 1 kHz -20 0 20 40 2 4 6 t o Hũng sọỳ õióỷn mọi cuớa mọỹt sọỳ chỏỳt rừn Chỏỳt rừn n n 2 ]20[ Ct o = Parafin Polistirol Lổu huyỡnh 1,43 1,55 1,96 2,06 2,4 3,62 1,9 2,2ữ 2,4 6,2 ữ 3,6 0,4ữ 4.2 Chỏỳt rừn coù cỏỳu taỷo ion lión kóỳt chỷt cheợ: Coù phỏn cổỷc õióỷn tổớ nhanh vaỡ ion nhanh Hỏửu hóỳt õóửu coù hóỷ sọỳ nhióỷt õọỹ ( 0. 1 f dt d T K = ) , rióng mọỹt sọỳ chỏỳt coù chổùa Titan coù hóỷ sọỳ K T < 0 vaỡ coù giaù trở lồùn Chỏỳt ỷc õióứm K T NaCl Al 2 O 3 K T < 0 6 10 150.10 -6 100.10 -6 TiO 2 CaOTiO 2 K T < 0 -750.10 -6 -1500.10 -6 4.3 ióỷn mọi rừn coù cỏỳu taỷo ion lión kóỳt khọng chỷt cheợ : - Phỏn cổỷc õióỷn tổớ nhanh vaỡ phỏn cổỷc ion chỏỷm - Coù hũng sọỳ nhióỷt õọỹ K T > 0 vaỡ coù giaù trở khọng cao 4.4 ióỷn mọi rừn coù cỏỳu taỷo tổỡ caùc phỏn tổớ cổỷc tờnh : - Phỏn cổỷc õióỷn tổớ vaỡ phỏn cổỷc lổồợng cổỷc chỏỷm - Hũng sọỳ õióỷn mọi: Phuỷ thuọỹc nhióửu vaỡo nhióỷt õọỹ vaỡ tỏửng sọỳ giọỳng nhổ chỏỳt loớng lổồợng cổỷc Caùc chỏỳt thuọỹc loaỷi naỡy bao gọửm : Xenlulọ vaỡ caùc saớn phỏứm chóỳ bióỳn tổỡ giỏỳy , xồ ,õay , caùc chỏỳt truỡng hồỹp cao phỏn tổớ coù cổỷc tờnh vaỡ Sapgalovac vaỡ nổồùc õaù ỷc tờnh )(tf= cuớa Sap galovac nc o t t o -160 -120 -80 -40 0 7 6 5 4 3 2 a b c a: f=10kHz b: f= 100kHz c: f= 1MHz t o ε . tỉí v hảt nhán s dëch chuøn theo tạc dủng ca âiãûn - - - - - - - - - - - E' E 0 + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - Egh Dgh 2 1 E D 1 : Khi E vaỡ D quan hóỷ tuyóỳn. K T < 0 6 10 150.10 -6 100.10 -6 TiO 2 CaOTiO 2 K T < 0 -7 50.10 -6 -1 500.10 -6 4.3 ióỷn mọi rừn coù cỏỳu taỷo ion lión kóỳt khọng chỷt cheợ : - Phỏn cổỷc õióỷn tổớ nhanh. säú khục xả ạnh sạng ) - Khi nhiãût âäü tàng thç sỉû phán cỉûc tàng - Phán cỉûc âiãûn tỉí thỉåìng xy ra âäúi våïi cháút khê 1.3.2.2 Phán cỉûc ion nhanh -q +q +q -q a E Phán cỉûc ion