Điện môi là gì? Tổng hợp chi tiết các thông tin về điện môi

Điện môi là gì?

Điện môi là nhóm chỉ các vật có khả năng cách điện. Trong phân tử của các chất điện môi, số lượng các điện tích tự do là rất ít. Điều này khiến cho khả năng mang điện của nó rất kém. Nhưng khi điện trường tăng vượt quá 1 giá trị giới hạn thì điện môi sẽ bị đánh thủng (mất đi tính cách điện).

Mỗi điện môi khác nhau sẽ có một điện trường khác nhau, hằng số điện ε sẽ phụ thuộc vào tính chất của điện môi. Hằng số điện môi của chân không = 1.

Phân loại điện môi

Điện môi sẽ được chia thành 2 loại đó là điện môi thụ động và điện môi tích cực, vậy chúng có gì khác nhau? Cùng tìm hiểu ngay sau đây:

Chất điện môi thụ động

Đây chính là vật liệu cách điện và vật liệu tụ điện. Chúng là các vật chất được dùng làm chất cách điện và làm chất điện môi trong các tụ điện như mi ca, gốm, thủy tinh, polyme tuyến tính, cao su, sơn, giấy, bột tổng hợp, keo dính,…

Chất điện môi thụ động

Chất điện môi tích cực

Chất điện môi tích cực là các vật liệu có hằng số điện môi có thể điều khiển bằng:

• Điện trường như gốm, thủy tinh,…
• Cơ học: Chất áp điện như thạch anh
• Ánh sáng: Chất huỳnh quang

Tính chất của chất điện môi

Điện môi sẽ bao gồm các chất có các tính chất đặc trưng dưới đây:

• Độ tổn hao điện môi (Pa).
• Độ thẩm thấu điện tương đối ( hằng số điện môi -ε)
• Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
• Nhiệt độ chịu đựng.
• Dòng điện trong chất điện môi (l)
• Điện trở cách điện của chất điện môi.

Hằng số điện môi

Hằng số điện của môi trường sẽ đặc trưng cho tính chất điện của môi trường, là đại lượng không có thứ nguyên, tức là một số thuần túy, không có đơn vị. Chúng được gọi với các tên đầy đủ là độ điện thẩm tương đối, bằng tỷ số giữa độ điện thẩm của môi trường và độ điện thẩm chân không.

Hằng số chất điện môi ký hiệu là ε, nó biểu thị khả năng phân cực của điện môi. Biểu thức thể hiện dưới dạng:

Trong đó:

• Cd: Điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi
• C0: Điện dung của tụ điện sử dụng chất điện môi là chân không hoặc không khí.

Chất điện môi dùng làm tụ điện sẽ cần có hằng số điện môi ε lớn, còn chất điện môi dùng làm chất dẫn điện có ε nhỏ.

Hằng số điện môi

Độ tổn hao điện môi (Pa)

Trong nội dung bài viết “điện môi là gì” chúng ta hãy cùng tìm hiểu về độ hao tổn điện môi. Độ hao tổn của điện môi chính là công suất điện tổn hao để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường, nó được xác định thông qua dòng điện rò

Pa = U2ωCtgδ

Trong đó:

• U: là điện áp đặt lên tụ điện (V)
• C: là điện dung của tụ điện dùng chất điện môi (F)
• ω: Tần số góc (rad/s)
• tgδ: Góc hao tổn điện môi

Nếu tổn hao điện môi trong tụ điện cơ bản là do điện trở của các bản cực, dây dẫn và tiếp giáp ( ví dụ: lớp bạc mỏng trong tụ mica và tụ gốm) thì tổn hao điện môi sẽ làm tăng tỷ lệ với bình phương của tần số:

Pa = U2ω2C2R

Chính vì đó, trong thực tế các tụ điện làm việc ở tần số cao cần phải có các bản cực, dân dẫy và tiếp giáp sẽ được tráng bạc để làm giảm điện trở của chúng.

Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)

Khi ta đặt một chất điện môi trong một điện trường, nếu như tăng cường độ điện trường lên quá một giá trị giới hạn thì chất điện môi sẽ mất đi tính cách điện dẫn đến hiện tượng đánh thủng chất điện môi.

Cường độ điện trường tương ứng với điểm đánh thủng là độ bền về điện của chất điện môi đó (Eđ.t)

Trong đó:

• Uđ.t: Điện áp đánh thủng chất điện môi
• d: Độ dày của chất điện môi

Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng đánh thủng chất điện môi là do nhiệt, điện và quá trình điện hóa.

Dòng điện trong chất điện môi (I)

• Dòng điện chuyển dịch Ic.m ( dòng điện cảm ứng): Nó được sinh ra từ quá trình dịch chuyển phân cực của các điện tích liên kết trong chất điện môi xảy ra cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.
• Dòng điện rò Irò: Được ra bởi các điện tích tự do và điện tử phát xạ ra chuyển động dưới tác động của điện trường. Nếu như rò lớn sẽ làm mất đi tính cách điện của điện môi.
• Dòng điện tổng qua chất điện môi sẽ được tính bằng công thức: I = ICM + Irò.
• Và sau khi quá trình phân cực này kết thúc thì qua chất điện môi chỉ còn dòng điện rò.

Độ dẫn điện của điện môi là gì?

Đối với các chất ở dạng khí có độ dẫn tương đối thấp. Điều này có thể xảy ra khi có sự có mặt của những hạt điện tích tự do, trước sự tác động của yếu tố bên ngoài và bên trong, điện tử và ion. Bức xạ tia X hay các loại phóng xạ, sự va chạm của những phân tử và hạt tích điện, yếu tố nhiệt.

Độ dẫn điện của chất điện môi dạng lỏng sẽ phụ thuộc vào các yếu tố như: cấu trúc phân tử, nhiệt độ, tạp chất, hay sự hiện diện của điện tích to của các electron và ion. Đối với các chất điện môi lỏng phần to sẽ phụ thuộc vào mặt của độ ẩm và tạp chất.

Độ dẫn điện của các chất phân cực được tạo ra bằng cách sử dụng chất lỏng với những ion phân ly. Với các chất lỏng phân cực và không cực sẽ có sự khác nhau về độ dẫn. Do đó nếu như bạn làm sạch chất lỏng của tạp chất, nó sẽ làm giảm tính chất đang diễn ra. Cùng với sự gia tăng của độ dẫn của một chất lỏng và nhiệt độ của nó, sự giảm độ nhớt sẽ xảy ra, và điều này dẫn đến sự gia tăng tính di động của những ion.

Đối với chất điện môi rắn, độ dẫn điện sẽ được gây ra bởi sự di chuyển của những hạt điện tích của chất điện môi và tạp chất. Trong những trường hợp mạnh của dòng điện, tính dẫn điện được phát hiện.

Độ dẫn điện của điện môi

Hiện tượng phân cực điện môi là gì?

Trả lời cho câu hỏi hiện tượng phân cực điện môi là gì thì đây là hiện tượng xuất hiện các điện tích trên thanh điện môi trường khi nó được đặt trong điện trường ngoài. Khác với hiện tượng điện hưởng ở vật dẫn kim loại, các điện tích xuất hiện của chỗ nào trên bề mặt thanh điện môi sẽ định xứ ở đó, không di chuyển được. Đó là điện tích liên kết.

Khi hiện tượng phân cực điện môi xảy ra, các điện tích liên kết xuất hiện trong lòng điện môi một điện trường phụ E’ sẽ làm cho điện trường ban đầu véc tơ E₀ trong thanh điện môi thay đổi. Điện trường tổng hợp trong điện môi khi điện môi bị phân cực là:

Hiện tượng phân cực điện môi

Ứng dụng của hằng số điện môi

Hiện nay, hằng số điện môi được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:

• Lựa chọn, tạo ra các vật liệu điện môi tốt nhất để lắp đặt trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS). Lĩnh vực điện tử đang ngày càng nỗ lực phát triển để có thể tạo ra các mạch nhanh hơn trong các gói nhỏ hơn.
• Sự phát triển van tim vi mô.
• Tự động hóa với thời gian phản ứng nhanh hơn để triển khai túi khí.
• Hệ thống phòng thủ dựa trên công nghệ sắt thép với số lượng lớn.
• Khám phá không gian với thiết bị truyền động cực nhạy cho kính thiên văn.
• Ngoài ra nó còn được ứng dụng trong nhiều thiết bị công nghệ cao.

Ứng dụng của hằng số điện môi

Những câu hỏi liên quan tới môi trường điện môi

Bên cạnh định nghĩa điện môi là gì, chúng ta hãy cùng đến với những câu hỏi liên quan đến môi trường điện môi để bạn đọc có thể hiểu rõ hơn:

Điện môi cơ bản gồm có những vật liệu gì?

Trong thực tế chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp một số loại điện môi phổ biến. Ví dụ như: kính, cao su, dầu, nhựa đường, sứ, thạch anh, không khí, kim cương, nước sạch, nhựa,…

Điều gì sẽ xảy ra khi một vật liệu điện môi được đặt trong điện trường?

Chất điện môi được biết đến là các vật có tính cách điện hoặc dẫn điện kém. Do đó khi đặt chúng trong điện trường, sẽ không có dòng điện chảy qua chúng. Bởi không giống như kim loại, nó không có electron liên kết lỏng lẻo hoặc tự do với thể trôi qua vật liệu. Mà thay vào đó là sự phân cực điện xảy ra.

Phân cực của điện môi là gì?

Phân cực điện môi là một thuật ngữ được dùng để mô tả hành vi của vật liệu lúc điện trường ngoài được vận dụng trên nó. Tâm điện tích dương của những phân tử riêng lẻ sẽ được kéo tự động theo cùng hướng với điện trường về phía bản với điện tích âm.

Mối quan hệ giữa điện môi và điện dung là gì?

Khi cường độ của điện trường bị giảm do sự xuất hiện của điện môi. Cùng với đó nếu tổng điện tích trên các bản không đổi sẽ dẫn đến sự khác biệt tiềm năng sẽ làm giảm trên những bản tụ. Theo cách này điện môi sẽ làm tăng điện dung của tụ điện.

Điều gì sẽ xảy ra khi một chất cách điện được đặt trong điện trường?

Chất cách điện hay được gọi là điện môi. Khi nó được đặt trong môi trường điện tĩnh sẽ làm cho trường yếu hơn. Tuy nhiên, các điện tích dịch chuyển bên trong một lớp điện môi và sự phân tách không gian của các điện tích sẽ gây ra một điện trường cảm ứng bổ sung đối diện với trường sơ cấp và chống lại một phần.

Trên đây là toàn bộ thông tin quan trọng xoay quanh chủ đề “điện môi là gì?” mà AME Group muốn chia sẻ đến bạn. Mong rằng nó sẽ mang lại cho bạn những kiến thức bổ ích. Cảm ơn các bạn đã quan tâm đến bài viết.