đề tài nghiên cứu kim loại dẫn diện đồng

trong kim lo i có một số lượng l;n các điện tích ch%y qua trong một thời gian d#i nhưng không phát hiện bất kỳ sự thay đổi n#o về khối lượng c8ng như thay đổi cấu t o hóa học không kể t;

TRƯNG ĐI HC SƯ PHM K THUÂT THNH PH H CH MINH KHOA ĐIÊN – ĐIÊN TƯ

-

-MÔN HC: VÂT LIÊU ĐIÊN – ĐIÊN TƯ

*****

Đ TI NGHIÊN CU

“KIM LOI D"N ĐIÊN ĐNG”

GVHD: Ths Ph%m Xuân Hô

Thc hiê n: Nhóm 8

 Th ch Ho#n H%o (nhóm trư*ng) 20161109

 Nguy4n Công Hâ u 20161313

 H# V8 Minh Luân (l;p 4-6) 20161338

 B?i Văn HiAu 20161315

 Nguy4n Quang Huy 20161321

1 | Page

M/C L/C

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KIM LOI D"N ĐIỆN ĐNG .4

1 Lịch sử phát triển 4

2 Khái niê m kim lo%i đEng 6

3 Sự dẫn điện trong vật dẫn 6

4 Khái niệm sự dẫn điện 8

5 Khái niệm độ dẫn điện 8

6 Khái niệm điện trở 9

II KIM LOI D"N ĐIỆN ĐNG 9

1 Tên gọi và ký hiệu của đEng trong dãy kim lo%i dẫn điện tốt 10

2 M%ng tinh thể và cấu t%o hóa học của kim lo%i đEng 10

III ỨNG D/NG CỦA KIM LOI ĐNG TRONG VẬT LIỆU D"N ĐIỆN 15

IV MỘT S SẢN PHẨM ĐNG CÓ TRÊN THỊ TRƯNG 15

a ĐEng đỏ 15

b ĐEng l%nh 16

c ĐEng đen 17

3 | Page

LI NÓI ĐkU

Ng#y nay c?ng v;i sự phát triển của công nghệ 4.0 nói chung v# ng#nh công nghiệp điện tử nói riêng thì vật liệu điện l# yAu tố tất yAu thúc đầy sự phát triển c?a công nghiệp điện tử con người tiAp cận đAn khoa học công nghệ to#n cầu , nghiên cứu v# chA t o từ cái kim lo i v# hợp kim cho ra những thiAt bị, dụng cụ phục vục nhu cầu thực tA cho đời sống từ trư;c đAn nay kim lo i đồng có vai trò quan trọng trong nền công nghiệp điện, được sử dụng phổ biAn nhất, ngo#i ra hợp kim của đồng (von-phram) được ứng dụng phục vụ cho công nghiệp điện tử, công nghệ cao vì thA nhóm chúng em chọn đề t#i " kim lo i dẫn điện đồng" để phân tích v# tìm hiểu về cấu t o, tính chất c8ng như ứng dụng v# vai trò thiAt thực của kim lo i đồng trong cuộc sống hiện đ i ng#y nay

I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KIM LOI D"N ĐIỆN ĐNG

1. Lịch sử phát triển

Đồng xuất hiện trong tự nhiên * d ng đồng kim lo i v# đã được ghi chép trong các tư liệu của một số nền văn minh cổ đ i, v# nó có lịch sử sử dụng

ít nhất l# 9.000 năm TCN * Trung Đông Hoa tai bằng đồng đã được tìm thấy * miền bắc Iraq có niên đ i

8.700 năm TCN Có bằng chứng cho thấy rằng v#ng v# sắt thiên th ch (không ph%i sắt nung ch%y) l# các kim lo i duy nhất v#o thời đó m# con người đã sử dụng trư;c khi xuất hiện đồng Lịch sử nấu đồng được cho l# theo các công đo n sau: l#m cứng nguội đồng tự sinh, Ủ luyện, nung ch%y, v# đúc mẫu ch%y Ở miền đông nam Anatolia, c% bốn kỹ thuật n#y đều xuất hiện trong kho%ng đầu của thời đ i đồ đá m;i kho%ng 7500 TCN

Chỉ khi nông nghiệp được phát minh động lập * nhiều nơi trên thA gi;i, đồng nung ch%y c8ng được phát minh * nhiều nơi khác nhau Có lẽ đồng được phát hiện * Trung Quốc trư;c 2800 TCN, * Trung Mỹ v#o kho%ng năm 600, v# Đông Phi v#o kho%ng thA kỷ IX hay X Đúc mẫu ch%y được phát minh năm 4500–4000 TCN * Đông Nam Á v# việc định tuổi cacbon

đã được tiAn h#nh * một mỏ t i Alderley Edge Cheshire, , Vương Quốc Anh cho tuổi 2280 - 1890 TCN Người băng Ötzi, người đ#n ông được định tuổi v#o kho%ng 3300–3200 TCN, được phát hiện có bọc sáp v;i đồng * phần đầu đồng có đô tinh khiAt 99,7%; l#m lượng asen cao trong tóc nên người

ta cho rằng ông có liên quan đAn việc nấu ch%y đồng Các thí nghiệm v;i

5 | Page

đồng hỗ trợ v;i việc phát hiện ra các kim lo i khác; đặc biệt, đồng nấu ch%y l#m phát hiện ra nấu ch%y sắt Việc s%n xuất đồng trong xã hội Old CopperComplex * Michigan v# Wisconsin được xác định tuổi kho%ng

6000 đAn 3000 TCN

Việc sử dụng đồng đỏ đã phát triển trong thời đ i của các nền văn minh được đặt tên l# thời đ i đồ đồng hay thời đ i đồng đỏ Thời kỳ quá độ trong các khu vực nhất định giữa thời kỳ đồ đá m;i v# thời kỳ đồ sắt được đặt tên l# thời kỳ đồ đồng, v;i một số công cụ bằng đồng có độ tinh khiAt cao được sử dụng song song v;i các công cụ bằng đá Đồ đồng của nền văn minh Vinča có tuổi 4500 TCN Người ta còn tìm thấy các đồ vật bằng đồng nguyên chất v# đồng đỏ * các th#nh phố Sumeria có niên đ i 3.000 năm TCN, v# các đồ vật cổ đ i của người Ai Cập bằng đồng v# hợp kim của đồng v;i thiAc c8ng có niên đ i tương tự

Thời đ i đồ đồng đã bắt đầu * Đông Nam châu Âu v#o kho%ng 3700–3300 TCN, ổ Tây Bắc châu Âu kho%ng 2500 TCN Nó kAt thúc khi bắt đầu thời

đ i đồ sắt kho%ng 2000–1000 TCN * v?ng Cận Đông, v# 600 TCN * Bắc

Âu Sự chuyển tiAp giữa thời đ i đồ đá m;i v# đồ đồng trư;c đây từng được gọi l# thời kỳ đồ đồng đá, khi các công cụ bằng đồng được d?ng c?ng lúc v;i công cụ đồ đá Thuật ngữ n#y dần bị gi%m đi * v#i nơi trên thA gi;i, thời đ i đồng đá v# thời đ i đá m;i đều kAt thúc c?ng lúc Đồng thau, một hợp kim của đồng v;i kẽm, được biAt đAn từ thời kỳ Hy L p nhưng chỉ được sử dụng rộng rãi b*i người La Mã

2. Khái niê m kim lo%i đEng

Đồng l# nguyên tố hóa học nằm trong b%ng tuần ho#n nguyên tố (kí hiệu l# Cu) Đồng l# một kim lo i có tính dẻo, độ dẫn điện, dẫn nhiệt cao, bề mặt của đồng có m#u cam đỏ rất đặc trưng Kim lo i Đồng v# các hợp kim của đồng đã được con người phát hiện v# sử dụng cách đây h#ng ng#n năm

3. Sự dẫn điện trong vật dẫn

Kim lo i mang tính dẫn điện,khác v;i tính dẫn I-on l# không có sự chuyển dịch nhìn thấy trong vật chất khi có dòng điện ch y qua Mặc d? trong kim lo i có một

số lượng l;n các điện tích ch%y qua trong một thời gian d#i nhưng không phát hiện bất kỳ sự thay đổi n#o về khối lượng c8ng như thay đổi cấu t o hóa học (không kể t;i sự õi hóa kim lo i), các electron nằm * không gian giữa các nút tinh thể, chúng dao động một cách hỗn lo n, tốc độ của chúng phụ thuộc v#i nhiệt độ Kích thư;c của các electron không đáng kể so v;i kích thư;c nguyên tử l i c#ng không đáng

kể so v;i kho%ng cách trung bình giữa các nguyên tử, như vậy các electron trong mức độ n#o đó có thể xem như l# các phân tử khí Vì thA đôi khi chúng được gọi l# khí điện tử Khi kim lo i không bị tác dụng của điện trường ngo#i thì sự phân bố

7 | Page

tốc độ chuyển động nhiệt của các electron (vt) theo các hư;ng có xác suất như nhau, dòng điện không tồn t i khi không có điện trường ngo#i

NAu kim lo i được đặt trong một điện trường ngo#i E thì mỗi electron sẽ chịu tác động của một lực:

Các electron chuyển động v;i một gia tốc ngược hư;ng điện trường E v# bằng:

Trong đó (C) ; (kg)

Qua thời gian t kể từ khi bắt đầu chuyển động vận tốc clectron đ t được:

Tốc độ chung của electron bằng tổng của v# Các electron va ch m v;i các nguyên tử * nút tỉnh thể, sau mỗi lần va ch m vận tốc gi%m về 0, sau đó l i tăng lên v;i gia tốc a Gọi l# thời gian chuyển động tự do không va ch m của electron Khi đó tốc độ cực đ i của electron l#:

Vận tốc trung bình:

V;i :độ d#i bư;c tự do của clectron

Có thể chứng minh rằng độ d#i bư;c tự do tỷ lệ nghịch v;i nhiệt độ:

Trong đó:

: Hê  số đ#n hồi

N: Mâ t đô  nguyên tử

k: Hằng số Boltzmann

T: Nhiê t đô 

4.Khái niệm sự dẫn điện

Dẫn điện l# kh% năng của một môi trường cho phép sự di chuyển của các h t điện tích qua nó, khi có lực tác động v#o các h t, ví dụ như lực tĩnh điện của điện trường Sự di chuyển có thể t o th#nh dòng điện

5. Khái niệm độ dẫn điện

Độ dẫn điện l# kh% năng mang dòng điện của một chất Thuật ngữ độ dẫn c8ng

có thể được sử dụng trong các ngữ c%nh khác (ví dụ, độ dẫn nhiệt) Để đơn gi%n, trong sổ tay hư;ng dẫn n#y thuật ngữ “độ dẫn” luôn được sử dụng v;i nghĩa độ dẫn điện

Sự truyền t%i điện qua vật chất luôn yêu cầu sự có mặt của các h t mang điện Chất dẫn điện có thể được phân lo i th#nh hai nhóm chính trên cơ s* b%n chất của

h t mang điện Chất dẫn điện trong nhóm đầu tiên bao gồm một m ng lư;i các nguyên tử v;i l;p vỏ electron bên ngo#i Các electron trong “đám mây electron” n#y có thể phân ly tự do khỏi nguyên tử v# truyền điện qua m ng lư;i v# do đó c8ng truyền qua chất đó Kim lo i, graphite, v# một số hợp chất hóa học khác nằm trong nhóm n#y

Chất dẫn điện trong nhóm thứ hai được gọi l# chất dẫn điện ion Trái v;i chất dẫn điện trong nhóm thứ nhất, dòng điện không được t o ra b*i các electron di chuyển tự do m# b*i các ion Do đó sự vận chuyển điện tích trong chất điện phân luôn luôn gắn liền v;i sự vận chuyển vật chất Chất dẫn điện trong nhóm thứ hai bao gồm các ion mang điện v# có thể di chuyển v# được gọi l# chất điện phân

6. Khái niệm điện trở

L# quan hệ giữa hiệu điện thA không đổi đặt * hai đầu của dây dẫn v# cường

độ dòng điện một chiều t o nên trong dây dẫn đó

9 | Page

Công thức tính điê n tr*:

R: điê n tr* (Ω)

ρ: Điê n tr* suất (Ω.m)

l: Chiều d#i dây dẫn (m)

S: tiAt diê n dây dẫn (mm2)

Điên dẫn G của mô t đo n dây dẫn l# đ i lượng nghịch đ%o của điê  n tr*:

Điên dẫn được tính v;i đơn vị

II. KIM LOI D"N ĐIỆN ĐNG

1 Tên gọi và ký hiệu của đEng trong dãy kim lo%i dẫn điện tốt

Đồng l# nguyên tố hóa học trong b%ng tuần ho#n nguyên tố có ký hiệu l# Cu,

có sốhiệu nguyên tử bằng 29 Đồng l# kim lo i dẻo có độ dẫn điện v# dẫn nhiệt cao Đồng nguyên chất mềm v# d4 uốn; bề mặt đồng tươi có m#u cam đỏ Nó được

sử dụng l#m chất dẫn nhiệt v# điện, vật liệu xây dựng, v# th#nh phần của các hợp kim của nhiều kim lo i khác nhau

Tên: Đồng

Ký hiê u: Cu

2 M%ng tinh thể và cấu t%o hóa học của kim lo%i đEng

Đồng có kiểu m ng lập phương tâm diện

a) D ng thực ô cơ s* b) Phần thể tích các nguyên tử trong 1 ô Các nguyên tử (ion) nằm * các đỉnh v# giữa (tâm) các mặt của hình lập phương.Các nguyên tử xAp sít nhau trên phương đường chéo mặt nên mặt tinh thể chéo hợp b*i phương n#y có các nguyên tử xAp sít nhau Trên phương đường chéo khối v# c nh a các nguyên tử xAp rời nhau v# t o nên các lỗ hổng v;i số lượng ít hơn song kích thư;c l;n hơn

a) Camc thông số vâ  t lý và ko thuâ t quan trọng

Tr%ng thái vật chất Chất rắn

Nhiệt độ nóng chảy 1357,77 (1084,62 °C,K

1984,32 °F)

11 | Page

Mật độ ở thể lỏng * nhiệt độ nóng ch%y: 8,02 g·cm−

Nhiệt lượng nóng

mol−1

Đồng l# kim lo i có một d ng th? hình, có m ng lập phương tâm mặt v;i thông số

m ng a = 3,6A có các tính chất như sau:0

- Khối lượng riêng l;n (g = 8,94g/cm ) l;n gấp 3 lần nhôm.3

- Tính chống ăn mòn tốt

- Nhiệt độ nóng ch%y tương đối cao (10830C)

- Độ bền không cao (σ = 16Kg/mm , HB = 40) nhưng tăng m nh khi biAnb 2

d ng nguội (σ = 45Kg/mm , HB = 125) Do vậy một trong những biện phápb 2 hóa bền đồng l# biAn d ng nguội Mặc d? có độ cứng không cao nhưng đồng

l i có kh% năng chống m#i mòn tốt

- Tính công nghệ tốt, d4 dát mỏng, kéo sợi tuy nhiên tính gia công cắt kém

- Theo TCVN đồng được ký hiệu bằng chữ Cu v# theo sau nó l# số chỉ h#m lượng %Cu (Cu99,99; Cu99,97; Cu99,95; Cu99,90)

Áp suất hơi

* T (K) 1509 1661 1850 2089 2404 2834

- Theo tiêu chuẩn CDA (Copper Development Association) của Mỹ thì đồng nguyên chất được ký hiệu CDA 1xx Ví dụ CDA 110

Có nhiều cách phân lo i hợp kim của đồng nhưng phổ biAn nhất l# phân lo i theo th#nh phần hóa học Theo phương pháp n#y người ta chia hợp kim của đồng

ra l#m hai lo i:

b)Latông (đồng vàng hay đồng thau): l# hợp kim của đồng m# hai nguyên tố chủ yAu l# đồng v# kẽm Ngo#i ra còn có các nguyên tố khác như Pb, Ni, Sn Latông theo TCVN 1695-75 được ký hiệu bằng chữ L sau đó l# các chữ ký hiệu tên nguyên tố hóa học v# chỉ số th#nh phần của nó Latông được chia th#nh hai nhóm:

- Latông đơn gi%n: l# hợp kim của hai nguyên tố Cu-Zn v;i lượng chứa Zn ít hơn 45% Zn nâng cao độ bền v# độ dẻo của hợp kim đồng Khi lượng Zn cao vượt quá 50% trong hợp kim Cu-Zn thì nó sẽ tr* nên cứng v# dòn Các mác thường d?ng l# LCuZn10, LCuZn20, LCuZn30 l#m các ống t%n nhiệt, ống dẫn v# các chi tiAt dập sâu vì lo i n#y có độ dẻo cao

13 | Page

- Latông phức t p: l# hợp kim trong đó ngo#i Cu v# Zn còn đưa thêm v#o một số nguyên tố như Pb, Al, Sn, Ni… để c%i thiện tính chất của hợp kim Ví dụ:

Pb l#m tăng tính cắt gọt, Sn l#m tăng tính chống ăn mòn, Al v# Ni l#m tăng cơ tính Các lo i latông phức t p thường d?ng: LCuZn29Sn1, LCuZn40Pb1

Theo tiêu chuẩn CDA: latông đơn gi%n được ký hiệu CDA 2xx, ví dụ CDA 240 tương đương v;i LCuZn20 Latông phức t p được ký hiệu CDA 3xx hoặc CDA 4xx, ví dụ CDA 370 tương đương v;i LCuZn40Pb1

c) Brông (đồng thanh)

L# hợp kim của đồng v;i các nguyên tố khác ngo i trừ Zn Brông được ký hiệu bằng chữ B, tên gọi của brông được phân biệt theo nguyên tố hợp kim chính Người

ta phân biệt các lo i đồng thanh khác nhau t?y thuộc v#o nguyên tố hợp kim chủ yAu đưa v#o: ví dụ như Cu-Sn gọi l# brông thiAc; Cu - Al gọi l# brông nhôm

Brông thiếc: l# hợp kim của đồng v;i nguyên tố hợp kim chủ yAu l# thiAc.

Brông thiAc có độ bền cao, tính dẻo tốt, tính chống ăn mòn tốt, thường d?ng lo i BCuSn10Pb1, BCuSn5Zn2Pb5 để l#m ổ trượt, bánh răng, lò xo…

Theo tiêu chuẩn CDA brông thiAc được ký hiệu: CDA 5xx, ví dụ: CAD 521

Brông nhôm: l# hợp kim của đồng v;i nguyên tố hợp kim chủ yAu l# nhôm Brông

nhôm có độ bền cao hơn Brông thiAc, tính chống ăn mòn tốt nhưng có nhược điểm l# khó đúc, thường d?ng thay Brông thiAc vì rẻ tiền Các lo i Brông nhôm thường d?ng l# BCuAl9Fe4, BCuAl10Fe4Ni4

Theo tiêu chuẩn CDA brông nhôm được ký hiệu: CDA6xx, ví dụ: CAD614

Brông Berili: l# hợp kim của đồng v;i nguyên tố hợp kim chính l# Be, còn gọi l#

đồng đ#n hồi Hợp kim có độ cứng cao, tính đ#n hồi rất cao, tính chống ăn mòn v# dẫn điện tốt, thường d?ng l#m lò xo trong các thiAt bị điện Thường d?ng v;i ký

15 | Page

III ỨNG D/NG CỦA KIM LOI ĐNG TRONG VẬT LIỆU D"N ĐIỆN Một số sản phẩm dây dẫn đEng:

Dây đơn

L# lo i dây dẫn chỉ có một sợ cứng, bằng đồng (hoặc nhôm) có thể l# dây dẫn hoặc thông thường có bọc l;p cách điện bằng chất dẻo PVC hoặc cao su lưu hóa, có lo i bọc thêm l;p v%i tẩm nhựa đường

Lo i dây n#y được d?ng rất phổ biAn dẫn điện trong nh#, v# được s%n xuất v;i tiAt diện không quá 10mm (cỡ dây Ø 30/10)2

Dây Liên Xô có mã hiệu: πP

Dây đơn mềm

L# lo i dây dẫn có bọc cách điện bằng nhựa PVC hoặc cao su lưu

hóa, có ruột bằng đồng, gồm nhiều sợi nhỏ có đường kính 0.2mm xoắn

l i nên rất mềm dẻo Dây đơn mềm được sử dụng đi dây trong báng

phân phối điện, các đầu dây ra ngo#i các m%y điện, dây dấn điện trên ô

tô…

Dây đôi

Gồm 2 dây dẫn ruột đồng, mềm, được bọc cách điện song song v;i nhau, chất cách điện l# nhựa PVC hoặc cao su lưu hóa Nhờ dây dẫn được cấu t o b*i nhiều sợi có đường kính nhỏ 0,2mm nên mềm dẻo d4 di động Công dụng : d?ng dẫn điện cho các thiAt bị điện cần di động, không

cố định, đồ d?ng điện trong sinh ho t như qu t để b#n, tủ l nh, máy thu thanh, thu hình…

Dây Liên Xô có mã hiệu: ππB

17 | Page

Các thông số của dây đôi mềm

Dây xoắn mềm

Lo i dây dẫn mềm có 2 hoặc nhiều dây dẫn được cách điện v;i nhau Mỗi ruột dây dẫn được cấu t o b*i nhiều sợi dây có tiAt diện nhỏ được xoắn l i v;i nhau, do đó dây dẫn có tính mềm dẻo v# vững chắc Lo i dây n#y mềm dẻo hơn

lo i dây đôi, v;i chất

cách điện cao su chịu nhiệt v# được bọc thêm v%i coton * ngo#i tăng cường sự vững chắc về cơ, chịu sự tiAp xúc nhiệt nên d?ng l#m dây dẫn cho b#n ủi điện, bAp điện

V;i lo i dây xoắn có ống bọc ngo#i cao su hoặc nhựa PVC được sứ dụng l#m dây dẫn cho các thiAt bị điện di động, chịu được sự va ch m về cơ nên an to#n điện cho người sử dụng Như máy khoan điện cầm tay, máy tiện, máy công cụ v# các máy móc d?ng trong sinh ho t…

Cấu t o của dây xoắn mềm: