Hằng số điện môi (ε) là một thuật ngữ mà ta không thể không nhắc đến trong lĩnh vực điện cơ khí. Nhằm giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về thuật ngữ này, maynenkhikhongdau.net sẽ giới thiệu đến bạn những kiến thức xoay quanh khái niệm hằng số ε cùng với những chất điện môi phổ biến nhé!
Tìm hiểu hằng số điện môi là gì?
Môi trường xung quanh ảnh hưởng rất lớn đến lực tương tác giữa các vật mang điện. Theo như một thí nghiệm đã được chứng minh, giữa 2 điện tích đặt trong môi trường đồng chất (ở một khoảng cách nhất định), lực Coulomb giữa chúng nhỏ hơn lực tác động trong chân không ε lần.
Tính chất của điện môi sẽ quyết định hằng số ε chứ không phải khoảng cách và độ lớn của các điện tích. Ở đây ε chính là hằng số điện môi của môi trường. Nó đặc trưng cho tính chất điện của môi trường đang nói đến. Đại lượng này chỉ là một số thuần túy, không có thứ nguyên và đơn vị.
Hằng số điện môi đọc là gì?
Tên gọi khác của hằng số điện môi là điện thẩm tương đối. Hằng số này bằng với tỷ số của độ điện thấm môi trường với độ điện thấm chân không. Hằng số này ký hiệu là ε – đọc là epsilon.
Ý nghĩa của hằng số điện môi
Hằng số ε cho ta biết khi đặt các điện tích trong môi trường chất được nói đến thì lực tác động nhỏ hơn bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong môi trường chân không. Trong môi trường chân không thì số ε = 1.
Hằng số điện môi có biểu thức tính như thế nào?
Hằng số ε chính là con số biểu thị khả năng phân cực của chất điện môi. Công thức tính hằng số điện môi được biểu thị như sau:
ε = Cd/C0
Trong đó:
- Cd – điện dung của tụ điện dùng chất điện môi.
- C0 – điện dung của tụ điện dùng chất điện môi là chân không hoặc không khí.
Độ hao tổn điện môi
Đây chính là công suất điện tổn hao để làm nóng chất điện môi khi đặt nó trong điện trường, được xác định thông qua dòng điện rò.
Công thức: Pa = U2ωCtgδ
Trong đó:
- U chính là điện áp đặt lên tụ điện (V)
- C: điện dung của tụ điện dùng chất điện môi (F)
- ω: tần số góc (rad/s)
- tgδ: góc tổn hao điện môi
Một số khái niệm liên quan khác xung quanh hằng số ε
Để hiểu rõ hơn về hằng số ε đã trình bày ở bên trên, các bạn có thể tìm hiểu thêm một số khái niệm dưới đây:
Chất điện môi là gì?
Chúng ta thường nghe đến dung môi và điện môi. Nhiều người lầm tưởng điện môi có chữ điện nên là chất dẫn điện. Trên thực tế, điều này hoàn toàn trái ngược với thực tế. Chất điện môi là những chất có điện trở suất cao trong điều kiện nhiệt độ bình thường nên khả năng dẫn điện kém. Điện môi có số lượng các hạt điện tích tự do trong phân tử cực ít. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến khả năng dẫn điện không cao.
Điện môi sẽ bị đánh thủng khi điện trường đạt đến một giới hạn nhất định. Khi ấy, nó đã mất đi tính cách điện của nó. Mỗi chất điện môi sẽ có một điện trường giới hạn riêng. Tính chất của điện môi sẽ ảnh hưởng đến hằng số ε. Mỗi môi trường khác nhau sẽ có một hằng số ε riêng.
Chất điện môi được chia làm 2 loại là thụ động và tích cực:
- Chất điện môi thụ động bao gồm vật liệu tụ điện và vật liệu cách điện, đây là các chất được dùng cho phần cách điện và làm chất điện môi ở các tụ điện như gốm, thủy tinh, cao su, giấy, bột tổng hợp…
- Chất điện môi tích cực là các vật liệu có hằng số ε có thề dễ dàng điều khiển bằng điện trường, ánh sáng (quỳnh quang), hay cơ học…
Chất điện môi có các tính chất sau:
- Độ thẩm thấu điện tương đối (hằng số điện môi-ε)
- Độ tổn hao điện môi (Pa)
- Độ bền về điện của chất điện môi (Eđ.t)
- Nhiệt độ chịu đựng
- Dòng điện trong chất điện môi (I)
- Điện trở cách điện của chất điện môi.
Tụ điện là gì?
Tụ điện là vật dẫn điện gồm 2 bản kim loại đặt song song. Giữa 2 bản kim loại đó là môi trường chân không với điện dung C0. Nếu khoảng không gian chân không này được lấp đầy bởi một môi trường khác có điện môi bằng ε, điện dung của tụ điện sẽ được tính như sau:
C = ε. C0
Điện môi khi sử dụng làm chất dẫn điện thường có giá trị hằng số nhỏ. Trong khi đó, chất điện môi dùng trong các tụ điện lại có ε lớn..
Hằng số ε của một số chất phổ biến
Hằng số ε là một chỉ số quan trọng. Người ta có thể dựa vào chỉ số này để chọn mức cảm biến phù hợp với môi trường. Mỗi chất có một hằng số ε riêng, dưới đây là chỉ số ε của một số chất phổ biến:
- Hằng số điện môi của dầu hỏa
Dầu hỏa là hỗn hợp các hidrocacbon lỏng. Chúng còn được gọi là Keroin, không có màu. Dầu hỏa rất dễ cháy. Người ta không thể lấy được dầu mỏ trong tự nhiên mà phải chưng cất đoạn dầu mỏ ở nhiệt độ cao (1500 đến 2750C). Dầu hỏa có hằng số ε = 2.1. Hằng số này thể hiện lực tương tác giữa các vật mang điện trong môi trường dầu hỏa.
- Hằng số điện môi của không khí
Chúng ta đã biết rằng, hằng số ε còn có tên gọi đầy đủ là độ điện thẩm tương đối. Vì vậy, ta có thể biểu diễn nó bằng tỷ số giữa độ điện thẩm của môi trường và của chân không như sau:
ε = εs/ε0
Trong điều kiện độ bằng 00C, áp suất là 760mmHg, hằng số ε của không khí là 1,000 594.
- Hằng số ε của một số chất khác:
Hằng số εNước nguyên chất81Parafin2Giấy2Mica5,7 – 7Ebonit2,7Thủy tinh5-10Thạch anh4,5
Nhôm có khả năng dẫn điện cực kỳ tốt. Về khả năng dẫn điện, kim loại này đứng thứ 4 trong số các kim loại. Nói cách khác, nhôm không phải điện môi. Vậy hằng số điện môi của nhôm là không có.
**Một số chú ý:
Những vật liệu của điện môi cơ bản gồm: nước sạch, nhựa, kính, cao su, dầu, nhựa đường, sứ, không khí, thạch anh,…
Khi một vật liệu điện môi đặt trong điện trường sẽ xuất hiện sự phân cực.
Hiện tượng phân cực điện của điện môi mô tả hành vi của vật liệu khi điện trường ngoài được áp dụng. Khi đó, tâm điện tích dương (+) của các phân tử riêng lẻ được kéo tự động theo cùng hướng với điện trường. Và chúng hướng về phía bản có điện tích âm (-).
Vậy là bài viết vừa rồi, maynenkhikhongdau.net đã giới thiệu những thông tin cơ bản nhất về hằng số ε. Chúng tôi cũng đã cùng bạn tìm hiểu hằng số này ở một số chất phổ biến. Mong rằng những thông tin trong bài viết này sẽ hữu ích cho bạn.
