Hằng số điện môi là một chỉ số khá quen thuộc trong cơ khí. Trong nội dung bài viết này, chúng ta hãy cùng tìm hiểu hằng số điện môi là gì và những thông tin liên quan. Hãy cùng theo dõi nhé.
Hằng số điện môi là gì?
Hằng số điện môi là một trị số đặc trưng cho tính chất điện của môi trường đó. Trong khoảng cách nhất định, lực Coulomb giữa 2 điện tích ở môi trường đồng chất sẽ nhỏ hơn lực tác dụng vào chân không ở mức ε lần. Đây là một hằng số và phụ thuộc rất lớn vào tính chất của điện môi. Hằng số này hoàn toàn không phụ thuộc vào độ lớn và khoảng cách giữa 2 điện tích.
Ký hiệu của hằng số điện môi là gì?
Trong cơ khí, hằng số điện môi được gọi là độ điện thẩm tương đối. Hằng số điện môi gọi là epsilon, ký hiệu là ε.
Công thức tính hằng số điện môi
Hằng số điện môi biểu thị cho khả năng phân cực, biểu thức tính trị số này đó là:
ε = Cd/C0
Trong đó:
- C0 là điện dung tụ điện dùng chất điện môi ở môi trường chân không hoặc không khí.
- Cd là điện dung tụ điện dùng chất điện môi.
Những khái niệm liên quan đến hằng số điện môi
Khái niệm chất điện môi là gì?
Chất điện môi là chất có khả năng dẫn điện kém hoặc không dẫn điện. Nói cách khác, những chất này có điện trở suất cao ở nhiệt độ thường. Số lượng điện tích tự do trong phân tử chất điện môi rất ít nên làm cho chúng dẫn điện kém.
Chất điện môi được chia thành 2 loại là tích cực và thụ động:
- Chất điện môi tích cực: Là các chất có hằng số điện môi có thể điều chỉnh được bằng điện trường, cơ học hay ánh sáng,…
- Chất điện môi thụ động bao gồm vật liệu cách điện, vật liệu tụ điện. Là những chất dùng cho phần cách điện và làm chất điện môi cho tụ điện như sứ, gốm, thủy tinh, giấy,…
Chất điện môi có các tính chất:
- Độ thẩm thấu điện tương đối
- Độ tổn hao điện môi
- Độ bền về điện của chất điện môi
- Dòng điện trong chất điện môi
- Nhiệt độ chịu đựng
- Điện trở cách điện của chất điện môi
Độ tổn hao điện môi
Độ tổn hao điện môi là công suất điện tổn hao để làm nòng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường, công thức tính đó là:
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)
- tgδ là góc tổn hao điện môi
- ω là tần số góc (rad/s)
Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện có cấu tạo gồm 2 bản kim loại đặt song song. Ở giữa 2 bản kim loại này là môi trường chân không có điện dung là C0. Khi không gian giữa 2 bản này được lấp đầy bằng môi trường có hằng số điện môi là ε, thì ta có công thức tính điện dung của tụ như sau:
C = ε.C0
Chất điện môi sử dụng trong tụ điện phải có hằng số điện môi ε lớn. Ngược lại, chất điện môi sử dụng làm chất dẫn điện sẽ có hằng số điện môi ε nhỏ.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hằng số điện môi
Cuối cùng là phần các yếu tố liên quan, ảnh hưởng tới hằng số điện môi, bao gồm những yếu tố dưới đây:
- Độ dẫn điện: Độ dẫn điện chính là khái niệm sự chuyển động các điện tử chịu tác động của từ trường.
- Dòng hấp thụ: Dòng điện chạy trong chất điện môi ở dòng không đổi cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng, thay đổi hướng khi bật và đặt điện áp vào nó và khi ngắt kết nối. Với dòng điện xoay chiều, cường độ trong chất điện môi sẽ luôn có trong nó trong khi nó ở trong trạng thái hoạt động của điện trường.
- Độ dẫn ion: Là sự chuyển động của các ion. Nằm trong dung dịch điện phân – muối, axit, kiềm, cũng như trong nhiều chất điện môi.
- Độ dẫn mol: Sự chuyển động của các hạt tích điện gọi là mol. Nằm trong hệ thống keo, nhũ tương và huyền phù. Hiện tượng chuyển động của con sư tử trong điện trường được gọi là điện di.
Hằng số điện môi của một số chất phổ biến
Việc nắm được hằng số điện môi của các chất có vai trò rất quan trọng, đặc biệt là trong ngành công nghiệp. Người ta cần căn cứ vào đó để lựa chọn mức đo cảm biến. Sau đây là một vài hằng số điện môi của một số chất thường gặp:
Hằng số điện môi dầu hỏa
Dầu hỏa là hỗn hợp của các Hidrocacbon lỏng không màu và dễ cháy. Dầu hỏa được thu được từ quá trình chưng cất phân đoạn dầu mỏ trong nhiệt độ từ 150 – 275 độ C. Tương tự như khái niệm trên, hằng số điện môi của dầu mỏ là lực tương tác giữa các vật mang điện phụ thuộc vào môi trường xung quanh nó. Đồng thời, hằng số này phụ thuộc vào tính chất của điện môi. Hằng số điện môi của dầu hỏa là 2,1.
Hằng số điện môi của không khí và các chất khác
Hằng số điện môi không khí ở điều kiện nhiệt độ 0 độ C và áp suất 760mmHg là 1,000594. Còn hằng số điện môi của một số chất khác thì như sau:
- Nước cất: 81
- Parafin: 2
- Giấy: 2
- Thạch anh: 4,5
- Mica: 5,7 – 7
- Ebonit: 2,7
- Thủy tinh: 5 – 10
Các câu hỏi liên quan đến hằng số điện môi
Những vật liệu của điện môi phổ biến là gì?
Những vật liệu của điện môi cơ bản đó là: Không khí, nước cất, nhựa, kính, dầu, nhựa đường, gốm sứ, thạch anh, cao su,…
Hiện tượng phân cực điện của điện môi là gì?
Phân cực điện môi là mô tả hành vi của vật liệu khi điện trường ngoài được áp dụng. Lúc này, tâm điện tích dương của các phân tử riêng lẻ được kéo tự động theo cùng hướng với điện trường và chúng sẽ hướng về phía bản có điện tích âm.
Điều gì xảy ra khi vật liệu điện môi đặt trong điện trường?
Câu trả lời là không hề xuất hiện dòng điện bởi chúng không có các electron tự do. Thay vào đó, xuất hiện sự phân cực.
Điện môi có ảnh hưởng gì đến điện dung?
Khi tổng điện tích trên bản được giữ nguyên thì sự khác biệt tiềm năng giảm ở các tụ điện. Lúc này trị số điện dung tăng.
Trên đây là những kiến thức về hằng số điện môi mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng những thông tin bổ ích này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về hằng số điện môi và những kiến thức liên quan.
