CHO PHÉP ĐIỆN LÀ GÌ? (CÓ THỬ NGHIỆM) - VẬT LÝ - 2026

Khả năng cho phép của điện là tham số định lượng phản ứng của môi trường khi có điện trường. Nó được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ε và giá trị của nó đối với chân không, dùng làm tham chiếu cho các phương tiện khác, như sau: ε _o = 8,8541878176 x 10 ^-12 C ² / Nm ²

Bản chất của môi trường cung cấp cho nó một phản ứng cụ thể đối với điện trường. Theo cách này, nhiệt độ, độ ẩm, trọng lượng phân tử, dạng hình học của các phân tử cấu thành, ứng suất cơ học trong ảnh hưởng bên trong, hoặc có một số hướng ưu tiên trong không gian tạo điều kiện cho sự tồn tại của trường.

Hình 1. Không khí trở nên dẫn điện trên một hiệu điện thế nhất định. Nguồn: Pixabay.

Trong trường hợp thứ hai, vật liệu được cho là có tính dị hướng. Và khi không có hướng ưu tiên, vật liệu được coi là đẳng hướng. Độ từ thẩm của bất kỳ môi trường đồng nhất nào có thể được biểu thị bằng hàm của độ từ thẩm của chân không ε _hoặc bằng biểu thức:

ε = κε _hoặc

Trong đó κ là độ từ thẩm tương đối của vật liệu, còn được gọi là hằng số điện môi, một đại lượng không thứ nguyên đã được xác định bằng thực nghiệm đối với nhiều vật liệu. Cách thực hiện phép đo này sẽ được giải thích ở phần sau.

Điện môi và tụ điện

Chất điện môi là vật liệu không dẫn điện tốt nên có thể dùng làm chất cách điện. Tuy nhiên, điều này không ngăn cản vật liệu có thể phản ứng với điện trường bên ngoài, tạo ra điện trường riêng.

Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ phân tích phản ứng của các vật liệu điện môi đẳng hướng như thủy tinh, sáp, giấy, sứ và một số chất béo thường được sử dụng trong điện tử.

Có thể tạo ra điện trường ngoài chất điện môi giữa hai bản kim loại của một tụ điện phẳng song song.

Chất điện môi, không giống như chất dẫn điện như đồng, thiếu các điện tích tự do có thể di chuyển trong vật liệu. Các phân tử cấu tạo của chúng trung hòa về điện, nhưng điện tích có thể dịch chuyển đôi chút. Bằng cách này, chúng có thể được mô hình hóa dưới dạng lưỡng cực điện.

Một lưỡng cực trung hòa về điện, nhưng điện tích dương cách điện tích âm một khoảng nhỏ. Trong vật liệu điện môi và trong trường hợp không có điện trường bên ngoài, các lưỡng cực thường được phân bố ngẫu nhiên, như trong Hình 2.

Hình 2. Trong vật liệu điện môi, các lưỡng cực được định hướng một cách ngẫu nhiên. Nguồn: tự làm.

Điện môi trong điện trường ngoài

Khi chất điện môi được đưa vào giữa một trường bên ngoài, ví dụ như chất điện môi được tạo ra bên trong hai tấm dẫn điện, các lưỡng cực tổ chức lại và các điện tích tách ra, tạo ra điện trường bên trong vật liệu theo hướng ngược lại với trường bên ngoài. .

Khi sự dịch chuyển này xảy ra, vật liệu được cho là phân cực.

Hình 3. Vật liệu điện môi phân cực. Nguồn: tự làm.

Sự phân cực cảm ứng này làm cho điện trường thuần hoặc điện trường thu được E giảm, một hiệu ứng thể hiện trong hình 3, vì trường bên ngoài và trường bên trong tạo ra bởi sự phân cực nói trên có cùng phương nhưng ngược chiều. Độ lớn của E được cho bởi:

Trường bên ngoài trải qua sự giảm đi nhờ tương tác với vật liệu trong một yếu tố được gọi là κ hoặc hằng số điện môi của vật liệu, một thuộc tính vĩ mô của vật liệu. Về số lượng này, trường kết quả hoặc trường ròng là:

Hằng số điện môi κ là độ cho phép tương đối của vật liệu, một đại lượng không thứ nguyên luôn lớn hơn 1 và bằng 1 trong chân không.

Hoặc ε = κε _hoặc như mô tả ở phần đầu. Đơn vị của ε giống như của ε _o : C ² / Nm ² hoặc F / m.

Đo khả năng cho phép điện

Tác dụng của việc chèn chất điện môi giữa các bản của tụ điện là cho phép tích trữ thêm các điện tích, tức là làm tăng dung lượng. Sự thật này được phát hiện bởi Michael Faraday vào thế kỷ 19.

Có thể đo hằng số điện môi của vật liệu bằng cách sử dụng một tụ điện phẳng song song theo cách sau: khi chỉ có không khí giữa các bản tụ, có thể chứng tỏ rằng công suất là:

Trong đó C _o là điện dung của tụ điện, A là diện tích các bản tụ và d là khoảng cách giữa chúng. Nhưng khi đặt một chất điện môi, công suất tăng thêm một hệ số κ, như đã thấy ở phần trước, và khi đó công suất C mới tỉ lệ với ban đầu:

C = κε _hoặc . A / d = ε. A / d

Tỷ số giữa công suất cuối cùng và dung lượng ban đầu là hằng số điện môi của vật liệu hoặc độ cho phép tương đối:

κ = C / C _hoặc

Và khả năng cho phép điện tuyệt đối của vật liệu được đề cập được biết đến thông qua:

ε = ε _o . (C / C _o )

Các phép đo có thể dễ dàng thực hiện nếu bạn có đồng hồ vạn năng có khả năng đo điện dung. Một phương pháp thay thế là đo hiệu điện thế Vo giữa các bản của tụ điện không có chất điện môi và cách ly với nguồn. Sau đó, chất điện môi được đưa vào và quan sát thấy sự giảm điện áp, giá trị của nó sẽ là V.

Khi đó κ = V _hoặc / V

Thí nghiệm đo suất điện động của không khí

-Nguyên vật liệu

- Khoảng cách điều chỉnh bình ngưng tấm phẳng song song.

- Vít micrometric hoặc vernier.

- Đồng hồ vạn năng có chức năng đo công suất.

- Biểu đồ.

-Quá trình

- Chọn khoảng cách d giữa các bản tụ điện và với sự trợ giúp của đồng hồ vạn năng đo công suất C _o . Ghi lại cặp dữ liệu trong một bảng giá trị.

- Lặp lại quy trình trên cho ít nhất 5 lần tách tấm.

- Tìm thương số (A / d) cho mỗi khoảng cách đo được.

- Nhờ biểu thức C _o = ε _o . A / d biết rằng C _o tỉ lệ với thương (A / d). Vẽ từng giá trị của C _hoặc giá trị A / d tương ứng của nó trên giấy kẻ ô vuông .

- Điều chỉnh trực quan đường tốt nhất và xác định độ dốc của nó. Hoặc tìm độ dốc bằng cách sử dụng hồi quy tuyến tính. Giá trị của độ dốc là khả năng cho phép của không khí.

Quan trọng

Khoảng cách giữa các bản không được vượt quá 2 mm, vì phương trình điện dung của tụ điện phẳng song song giả định là vô số bản. Tuy nhiên, đây là một phép gần đúng khá tốt, vì cạnh của các tấm luôn lớn hơn nhiều so với khoảng cách giữa chúng.

Trong thí nghiệm này, năng suất cho phép của không khí được xác định, khá gần với năng suất của chân không. Hằng số điện môi của chân không là κ = 1, trong khi của không khí khô là κ = 1.00059.

Người giới thiệu

1. Chất điện môi. Hằng số điện môi. Được khôi phục từ: electroistas.cl.
2. Figueroa, Douglas. 2007. Loạt bài Vật lý cho Khoa học và Kỹ thuật. Tập 5 Tương tác điện. lần 2. Phiên bản. 213-215.
3. Laboratori d'Electricitat i Magnetisme (UPC). Độ nhạy tương đối của vật liệu. Đã khôi phục từ: elaula.es.
4. Monge, M. Dielectrics. Trường tĩnh điện. Đại học Carlos III của Madrid. Đã khôi phục từ: ocw.uc3m.es.
5. Sears, Zemansky. 2016. Vật lý Đại học với Vật lý hiện đại. 14 ^thứ . Biên tập 797-806.