BÀI GIẢNG VẬT LIỆU ĐIỆN

VẬT LIỆU ĐIỆN BÀI GIẢNG VẬT LIỆU ĐIỆN VẬT LIỆU ĐIỆN CHƯƠNG KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN Mục đích chương nhắc lại số kiến thức học phổ thông trung học cần thiết cấu tạo vật chất trước nghiên cứu vật liệu kỹ thuật điện cụ thể 1.1.KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 1.1.1 KHÁI NIỆM Vật liệu điện tất chất liệu dùng để sản suất thiết bị sử dụng lĩnh vực ngành điện Thường phân vật liệu theo đặc điểm, tính chất công dụng nó, thường vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn vật liệu dẫn từ 1.1.2.CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CỦA VẬT LIỆU Nguyên tử phần tử vật chất Mọi vật chất cấu tạo từ nguyên tử phân tử theo mô hình nguyên tử Bo Nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương (gồm proton p nơtron n) điện tử mang điện tích âm (electron, ký hiệu e) chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định Nguyên tử : Là phần nhỏ phân tử tham gia phản ứng hoá học, nguyên tử gồm có hạt nhân lớp vỏ điện tử hình 1.1 - Hạt nhân : gồm có hạt Proton Nơrton Vỏ nguyên t - Vỏ hạt nhân gồm electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo xác định Tùy theo mức lượng mà điện tử xếp H ạt nhân Hình 1.1 Cấu tạo nguyên tử Thành lớp Ở điều kiện bình thường, nguyên tử trung hòa điện, tức là: ∑(+)hạt nhân = ∑(-)e Khối lượng e nhỏ: me= 9,1 10-31 (Kg) qe = 1,601 10-19 (C) Do điện tử có khối lượng nhỏ độ linh hoạt tốc độ chuyển động cao Ở nhiệt độ định, tốc độ chuyển động electron cao Nếu nguyên nhân nguyên tử bị điện tử e trở thành Ion (+), nguyên tử nhận thêm e trở thành Ion (-) VẬT LIỆU ĐIỆN Quá trình biến đổi nguyên tử trung hòa trở thành điện tử tự hay Ion (+) gọi trình Ion hóa Để có khái niệm lượng điện tử xét trường hợp đơn giản nguyên thử Hydro, nguyên tử cấu tạo từ proton điện tử e (hình 1.2) Khi điện tử chuyển động quỹ đạo có bán kính r bao quanh hạt nhân, e hạt nhân điện tử e có lực: Lực hút (lực hướng tâm): f1 = q2 (1-1) r r f2 = mv (1-2) lực ly tâm: r Hình 1.2 Mô hình nguyên tử H đó: m - khối lượng điện tử, v - vận tốc dài chuyển động tròn Ở trạng thái trung hòa, hai lực bân bằng: f1 = f2 hay mv2 = q2 r (1-3) Năng lượng điện tử bằng: We = T + U (Động T + Thế U) 2 đó: T = mv , U = - q r 2 2 Vậy We = T + U = q - q = - q hay We = - q 2r r 2r 2r (1-4) Biểu thức chứng tỏ điện tử nguyên tử tương ứng với mức lượng định để di chuyển tới quỹ đạo xa phải cung cấp lượng cho điện tử, Năng lượng điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ đạo chuyển động Điện tử có mức lượng thấp dễ bị bứt trở thành trạng thái tự Năng lượng cung cấp cho điện tử e để trở thành trạng thái tự gọi lượng Ion hóa (Wi) Để tách điện tử trở thành trạng thái tự phải cần lượng Wi ≥ We Khi Wi < We kích thích dao động khoảng thời gian ngắn, nguyên tử sau lại trở trạng thái ban đầu VẬT LIỆU ĐIỆN Năng lượng Ion hóa cung cấp cho nguyên tử lượng nhiệt, lượng điện trường va chạm, lượng tia tử ngoại, tia cực tím, phóng xạ Ngược lại với trình Ion hóa trình kết hợp: Nguyên tử + e → Ion (-) Ion (+) + e → nguyên tử, phân tử trung hòa 1.1.3.CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA VẬT LIỆU Là phần nhỏ chất trạng thải tự mang đầy đủ đặc điểm, tính chất chất đó, phân tử nguyên tử liên kết với liên kết hóa học.Vật chất cấu tạo từ nguyên, phân tử ion theo dạng liên kết đây: 1.1.3.1 Liên kết đồng hóa trị Liên kết đặc trưng kiện số điện tử trở thành chung cho nguyên tử tham gia hình thành phân tử Lấy cấu trúc phân tử clo làm ví dụ: phân tử gồm nguyên tử clo biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, điện tử lớp (điện tử hoá trị) Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với cách sử dụng chung hai điện tử hình 1.3 Lớp vỏ nguyên tử bổ sung thêm điện tử nguyên tử • • •• •• •• •• •• •• •• •• Cl • + •• Cl • ⇒ •• Cl •• Cl •• Hình 1.3 Phân tử liên kết đồng hoá trị trung tính cực tính Phân tử clo thuộc loại trung tính trung tâm điện tích dương điện tích dương trùng Axit clohydric HCl ví dụ phân tử cực tính Các trung tâm điện tích dương âm cách khoảng phân tử xem lưỡng cực điện Tùy theo cấu trúc phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia phân tử làm hai loại - Phân tử không phân cực phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng với trọng tâm điện tích dương VẬT LIỆU ĐIỆN - Phân tử phân cực phân tử mà tâm điện tích âm cách trọng tâm điện tích dương khoảng l Để đặc trưng cho phân cực nguời ta dùng mô men lưỡng cực Pe = q.l Trong đó: q: điện tích l: có chiều –q đến +q có độ lớn l( khoảng cách trọng tâm điện tích dương trọng tâm điện tích âm) 1.1.3.2 Liên kết Ion Liên kết ion xác lập lực hút Ion (+) Ion(-) Liên kết xảy nguyên tử nguyên tố hóa học có tính chất khác Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại liên kết kim loại phi kim để tạo thành muối, cụ thể Halogen kim loại kiềm gọi muối Halogen kim loại kiềm Liên kết bền vững Do nhiệt độ nóng chảy chất có liên kết Ion cao Ví dụ: liên kết Na Cl muối NaCl liên kết ion ( Na co electron lớp dễ nhường electron tạo thành Na+, Cl có electron lớp dễ nhận electron tạo thành Cl- , hai ion trái dấu hút tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm tnc =8000C, tsôi 1: gọi vật liệu thuận từ µ>1: gọi vật liệu dẫn từ 1.2 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU ĐIỆN 1.2.1 Phân loại theo khả dẫn điện Trên sở giản đồ lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện (điện môi ), bán dẫn dẫn điện Điện môi: chất có vùng cấm lớn đến mức điều kiện bình thường dẫn điện điện tử không xảy Các điện tử hóa trị cung cấp thêm lượng chuyển động nhiệt chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Chiều rộng vùng cấm điện môi ∆W nằm khoảng từ 1,5 đến vài điện tử von ( eV) Bán dẫn: chất có vùng cấm hẹp so với điện môi, vùng thay đổi nhờ tác động lượng từ bên Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé (∆W=0,5-1,5eV), nhiệt độ bình thường số điện tử hóa trị vùng đầy tiếp sức chuyển động nhiệt di chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Vật dẫn: chất có vùng tự nằm sát với vùng đầy chí chồng lên vùng đầy (∆W < 0,2eV) Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự lớn, nhiệt độ bình thường điện tử hóa trị vùng đầy chuyển sang vùng tự dễ dàng, tác dụng lực điện trường điện từ tham gia vào dòng điện dẫn, vật dẫn có tính dẫn điện tốt 1.2.2.Phân loại theo từ tính VẬT LIỆU ĐIỆN Nguyên nhân chủ yếu vật liệu gây nên từ tính điện tích chuyển động ngầm theo quĩ đạo kín tạo nên dòng điện vòng Cụ thể quay điện tử xung quanh trục chúng – spin điện đử quay theo quĩ đạo điện tử nguyên tử - Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên dòng điện mà đặc trưng mômen từ M Mône từ M tính tích dòng điện với diện tích S giới hạn đường viền bản: M = i.S Chiều véc tơ M xác định theo quy tắc vặn nút chai hình 1.7 theo phương thẳng góc với diện tích S Mômen từ vật thể kết tổng hợp tất mômen từ nêu - Ngoài mômen quĩ đạo nêu trên, điện tử quay xung quanh trục nó, Hình 1.Biểu diễn chiều mômen từ tạo nên mômen gọi mômen Spin Các spin đóng vai trò quan trọng việc từ hóa vật liệu sắt từ - Khi nhiệt độ nhiệt độ curri, việc hình thành dòng xoay chiều nhìn thấy mắt thường, gọi vùng từ tính, vùng trở nên song song thẳng hàng hướng Như vật liệu sắt từ thể chủ yếu phân cực từ hóa tự phát từ trường đặt bên - Qúa trình từ hóa vật liệu sắt từ tác dụng từ trường dẫn đến làm tăng khu vực mà mômen từ tạo góc nhỏ với hướng từ trường, giảm kích cỡ vùng khác xếp thẳng hàng mômen từ tính theo hướng từ trường bên Sự bão hòa từ tính đạt tăng lên khu vực dùng từ lại mômen từ tính tất phần tinh thể nhỏ đựợc từ tính hóa tưh sinh trở thành hướng theo hướng từ trường Hinh 1.8 Hướng từ hóa khó dễ đơn tinh thể Sắt 10 VẬT LIỆU ĐIỆN - Khi từ hóa dọc theo cạnh hình khối, mở rộng theo hướng đường chéo, nghĩa co lại theo hướng từ hóa, tượng gọi tường từ gião Hình 1.9.Đường cong từ hóa vật liệu sắt từ 123456- Sắt đặc biệt tinh khiết Sắt tinh khiết (99,98% Fe) Sắt kỹ thuật tinh khiết (99,92%Fe) Pecmanlôi (78%Ni) S- Niken Hợp kim Sắt- Niken (26%Ni) Theo từ tính người ta phân vật liệu thành nghịc từ, thuận từ dẫn từ Nghịch từ : chất có độ từ thẩm µ < không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có Hyđro, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, muối mỏ kim loại : đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân 11 VẬT LIỆU ĐIỆN Thuận từ : chất có độ từ thẩm µ >1 không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có oxy, nitơ oxit, muối sắt, muối coban niken, kim loại kiềm, nhôm, bạch kim Chất dẫn từ : chất có µ >1 phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có : sắt, niken, coban, hợp kim chúng hợp kim crom mangan 1.2.3 Phân loại theo trạng thái vật thể - Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn - Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng - Vật liệu điện theo trạng thái the CÂU HỎI CHƯƠNG 1 Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính chất cực tính ? Trình bày nguyên nhân gây khyết tật vật rắn ? Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng lượng vật chất Tính lực hút hướng tâm lực hút ly tâm nguyên tử biết me= 9,1 -31 (Kg)qe = 1,601 10-19 (C), v = 1,26.105m/s 10 Tính lượng nguyên tử biết me= 9,1 10-31 (Kg), qe = 1,601 10-19 (C), v = 1,24.106 m/s Trình bày cách phân loại vật liệu điện ? 12 VẬT LIỆU ĐIỆN CHƯƠNG VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1.1 Khái niệm vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện vật chất mà trạng thái bình thường có điện tích tự Nếu đặt chúng vào điện trường, điện tích chuyển động theo hướng định trường tạo thành dòng điện Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện Vật liệu có tính dẫn điện tử: vật chất mà hoạt động điện tích không làm biến đổi thực thể tạo thành vật liệu Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm kim loại trạng thái rắn lỏng, hợp kim số chất kim loại than đá Kim loại hợp kim có tính dẫn điện tốt chế tạo thành dây dẫn điện, dây cáp, dây quấn dẫn điện máy điện khí cụ điện Kim loại hợp kim có điện trở suất lớn (dẫn điện kém) sử dụng khí cụ điện dùng để sưởi ấm, đốt nóng, chiếu sáng, làm biến trở Vật liệu có tính dẫn Ion: vật chất mà dòng điện qua tạo nên biến đổi hóa học Vật dẫn có tính dẫn Ion thông thường dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm dung dịch muối Vật liệu dẫn điện thể rắn, lỏng số điều kiện phù hợp thể khí Vật liệu dẫn điện thể rắn gồm kim loại hợp kim chúng (trong số trường hợp kim loại hợp kim) Vật liệu dẫn điện thể lỏng bao gồm kim loại lỏng dung dịch điện phân Vì kim loại thường nóng chảy nhiệt độ cao trừ thủy ngân 13 VẬT LIỆU ĐIỆN (Hg) có nhiệt độ nóng chảy -39 C điều kiện nhiệt độ bình thường dùng vật liệu dẫn điện kim loại lỏng thủy ngân Các chất thể khí trở nên dẫn điện chịu tác động điện trường lớn Vật liệu dẫn điện phân thành loại: vật liệu có tính dẫn điện tử vật liệu có tính dẫn Ion 2.2.2 Tính chất vâtk liệu dẫn điện 2.2.2.1 Điện trở R Là quan hệ hiệu điện không đổi đặt lên vật dẫn dòng điện chạy qua vật dẫn Điện trở dây dẫn xác định theo biểu thức: ρ = R Trong đó: S l (2.1) R- Điện trở (Ω) ρ- Điện trở suất (Ω mm2/m) S- tiết diện dây dẫn (mm2) l- Chiều dài dây dẫn(m) 2.2.2.2 Điện dẫn G Điện dẫn G dây dẫn đại lượng nghịch đảo điện trở R G= R (2.2) Điện dẫn G tính với đơn vị (1/Ω) = (S) - Simen 2.2.2.3 Điện trở suất ρ Là điện trở dây dẫn có chiều dài đơn vị chiều dài tiết diện đơn vị diện tích Dòng điện vật dẫn cho công thức: i = no.S.vtb.e (2.3) đó: no : nhiệt độ phần tử mang điện S : tiết diện vật dẫn vtb: tốc độ chuyển động trung bình điện tử tác dụng điện trường E e : điện tích phần tử mang điện 14 VẬT LIỆU ĐIỆN Thay vtb = uE (u - độ di chuyển phần tử mang điện) vào (2.3), ta dạng tổng quát định luật ôm: i = no.e.u.E = γE (2.4) với γ = no.e.u gọi điện dẫn suất 2.2.2.4 Điện dẫn suất γ Đại lượng nghịch đảo điện dẫn suất γ gọi điện trở suất ρ ρ= γ (2.5) Với vật dẫn có tiết diện S độ dài l không đổi ρ xác định biểu thức: S l R điện trở dây dẫn ρ = R (2.6) Đơn vị điện trở suất Ω mm2/m µΩcm Ωm Ωcm, 1Ωcm = 106 µΩcm = 104 Ωmm2/m = 10-2 Ωm Từ (2.4), ta có: R = ρ l l = (Ω) S γS (2.7) 2.2.3 Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến tính dẫn điện vật liệu a Ảnh hưởng nhiệt độ: Điện trở suất đa số kim loại hợp kim tăng theo nhiệt độ, riêng điện trở suất cácbon dung dịch điện phân giảm theo nhiệt độ Thông thường, điện trở suất nhiệt độ sử dụng t2 tính toán xuất phát từ nhiệt độ t1(t1 thường 200C) theo công thức: ρ = ρ [ 1+ α(t2 - t1)] t2 t1 (2.8) α - hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ (1/oC) Qua nghiên cứu, người ta thấy: Các kim loại tinh khiết hệ số α gần giống lấy bằng: α = 10-3 (1/oC) (2.9) Đối với khoảng chênh lệch nhiệt độ (t2 - t1) α trung bình là: α= ρt − ρt ρt ( t − t1) 15 (2.10) VẬT LIỆU ĐIỆN Bảng 2.1 đưa nhiệt độ nóng chảy, điện trở suất ρ hệ số thay đổi điện trở suất α theo nhiệt độ số kim loại hay dùng kỹ thuật điện Bảng 2.1 Các đặc tính vật lý chủ yếu kim loại (ở 200C) dùng kỹ thuệt điện Nhiệt độ nóng chảy (0C) Điện trở suất (ρ) Vàng 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00398 Bạc 961 0,0160 - 0,0165 0,00340 - 0,00429 Đồng 1083 0,0168 - 0,0182 0,00392 - 0,00445 Nhôm 657 0,0262 - 0,0400 0,00350 - 0,00398 Vônfram 3380 0,0530 - 0,0612 0,00400 - 0,00520 Kẽ m 420 0,0535 - 0,0630 0,00350 - 0,00419 Niken 1455 0,0614 - 0,1380 0,00440 - 0,00692 Sắ t 1535 0,0918 - 1,1500 0,00450 - 0,00657 Platin 1770 0,0866 - 0,1160 0,00247 - 0,00398 Thiếc 232 0,1130 - 0,1430 0,00420 - 0,00465 Chì 327 0,2050 - 0,2220 0,00380 - 0,00480 Thủy ngân -39 0,9520 - 0,9590 0,00090 - 0,00099 Kim loại 20 C (Ωmm /m) Hệ số α (1/0C) Ở gần nhiệt độ 00K (nhiệt độ tuyệt đối), điện trở suất kim loại tinh khiết giảm đột ngột, chúng thể tính siêu dẫn Về phương diện lý thuyết, nhiệt độ 00K, kim loại có điện trở Khi bị chảy dẻo điện trở suất kim loại tăng Nhưng tiến hành nung kết tinh lại điện trở suất giảm (giảm tác dụng biến dạng làm cho kết cấu kim loại chặt chẽ phá huỷ oxit ) b Ảnh hưởng áp suất: Khi kéo nén (áp suất thay đổi) điện trở suất vật dẫn biến đổi theo biểu thức: ρ = ρ0 (1 ± kσ) đó: ρ0: điện trở suất ban đầu mẫu 16 (2-11) VẬT LIỆU ĐIỆN σ: ứng suất khí mẫu k: hệ số thay đổi điện trở suất theo áp suất dấu (+) tương ứng với biến dạng kéo dấu (-) tương ứng với biến dạng nén Sự thay đổi ρ kéo nén thay đổi biên độ dao động mạng tinh thể kim loại: kéo ρ tăng, nén ρ giảm c Các yếu tố ảnh hưởng khác: - Tạp chất phi kim có kim loại làm ρ tăng - Thực nghiệm cho thấy điện trở suất chịu ảnh hưởng trường từ ảnh hưởng ánh sáng 2.2.4 Hiệu điện tiếp xúc sức nhiệt động Khi hai kim loại khác tiếp xúc với chúng có hiệu điện gọi hiệu điện tiếp xúc Nguyên nhân phát sinh hiệu điện tiếp xúc công thoát kim loại khác số điện tử tự kim loại (hoặc hợp kim) không hình 2.1 Theo thuyết điện tử, hiệu điện tiếp xúc A hai kim loại A B U AB KT noA = U B −U A + ln e n0 B mV (2-12) B Trong đó: UA UB - điện tiếp T2 T1 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo cặp nhiệt điện xúc kim loại A B n0A noB- mật độ điện từ kim loại A B Hiệu điện tiếp xúc cặp kim loại dao động vài phần mười đến vài vôn, nhiệt độ cặp nhau, tổng hiệu điện mạch kín không Nhưng phần tử cặp có nhiệt độ T1 cặp T2 trường hợp phát sinh sức nhiệt điện động(s.n.đ.đ) U = UAB + UBA =U B − U A + KT1 noA KT2 n0 B ln +U A −UB + ln e n0 B e n0 A (2-13) Từ ta có: U= n K (T1 − T2 ) ln oA = A(T1 − T2 ) e n0 B (2-14) 17 VẬT LIỆU ĐIỆN Biểu thức (2-14) chứng tỏ s.n.đ.đ hàm số hiệu nhiệt độ Sự xuất hiệu điện tiếp xúc đóng vai trò quan trọng tượng ăn mòn điện hóa úng dụng số khí cụ đo lường, đặc biệt ứng dụng để chế tạo cặp nhiệt ngẫu dùng để đo nhiệt độ Bảng điện hóa kim loại so với Hyđrô bảng 2.2 Bảng 2.2 Bảng điện hóa kim loại so với Hyđrô bảng 2.2 Kim loại Thế điện hóa Kim loại Thế điện hóa Vàng +1,500 Thiếc - 0,100 Bạc +0,081 Chì - 0,130 Đồng +0,345 Sắ t - 0,440 Hyđrô +0,000 Kẽ m - 0,760 Sức nhiệt điện động sinh hai kim loại khác tiêpa xúc ứng dụng để chế tạo cặp nhiệt ngẫu Gía trị sức nhiệt điện động tiếp xúc: EAB = 2,87.10-7.θ.ln nA/nB (2-15) Trong đó: EAB sức nhiệt điện động tiếp xúc tác dụng giữa2 kim loại A B nA nB sô lượng điện tử tự đơn vị phân khối (1cm3) kim loại A B θ Nhiệt độ tuyệt đối chỗ tiếp xúc 2.2.5 Hệ số nhiệt độ dãn nở dài vật dẫn kim loại Hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài vật dẫn kim loại: α l = TK l = dl (độ-1) l t dT (2-14) Trong kỹ thuật cần phải ý đến hệ số αl để tính toán hệ số nhiệt độ vật dẫn: αR = αρ - αl (2-15) Giữa trị số hệ số dãn nở dài theo nhiệt độ nhiệt độ nóng chảy kim loại có quan hệ với theo tỷ lệ định Kim loại có giá trị αl cao nóng chảy nhiệt độ thấp, lim loại có hệ số αl nhỏ khó nóng chảy bảng 2.2 Bảng 2.3 18 VẬT LIỆU ĐIỆN Kim loại Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy C Hệ số nhiệt độ dãn nở dài Hệ số nhiệt điện trở suất dài độ-1 , α1.106, độ-1 αρ Sắt 7,8 1535 11 0,006 Niken 8,9 1455 13 0,0065 Coban 8,7 1492 12,5 0,006 Chì 11,4 327 29 0,0037 Thiếc 7,3 232 23 0,0044 Kẽ m 7,1 420 31 0.004 Cadmi 8,6 321 30 0,0042 2.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 2.2.1 Tầm quan trọng kim loại kim loại hợp kim Đến ngày nay, loài người biết trăm nguyên tố hóa học, tất nguyên tố chia làm hai loại : kim loại không kim loại dó kim loại chiếm tới 79 nguyên tố Kim loại chứa nhiều vỏ trái đất nhôm 7% sau sắt 5% Trong kỹ thuật điện kim loại hợp kim chất liệu thiếu, sử dụng phổ biến để sản suất thiết bị khí cụ điện 2.2.2 Tính chất kim loại kim loại hợp kim a Tính chất lý học Tính chất lý học kim loại hợp kim vẻ sángmặt ngoài, tính chảy loãng, tính dãn dài đốt nóng tính dẫn nhiệt, nhiệt dung độ dẫn điện, độ thấm từ ( tính nhiễm từ) - Vẻ sáng kim loại: Theo vẻ sáng bề kim loại chia thành kim loại đen kim loại màu Kim loại đen hợp kim sắt tức gang thép, kim loại màu tất kim loại hợp kim lại Kim loại không suốt, kim loại cán dát mỏng không ánh sáng xuyên qua được, kim loại lại có độ phản chiếu ánh sáng mặt nó, kim loại phản chiếu ánh sáng theo màu sắc ánh sáng riêng mà ta quen gọi màu kim loại, thí dụ đồng có màu đỏ, thiếc màu trắng bạc, kẽm màu xám v.v… Đôi mặt thép có màu khác như: vàng, xanh, tím màu màu thép, mà màu mặt thép bị phủ lớp oxít, lớp tạo 19 VẬT LIỆU ĐIỆN nên nhiệt cắt gọt nhiệt, nhiệt độ khác nhau, lớp oxít có màu sắc khác Chính nhờ biến màu bề mặt thépmà ta phán đoán nhiệt độ đốt nóng thép nhiệt luyện hay rèn - Tính nóng chảy: Kim loại có tính chảy loãng đốt nóng đông đặc làm nguội Nhiệt độ kim ứng với kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi điểm nóng chảy Điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng công nghệ đúc, đúc ta phải nấu chảy loãng kim loại để rót vào đầy khuôn, công nghệ điểm nóng chảy có ý nghĩa quan trọng Điểm nóng chảy nhiều hợp kim lại khác điểm nóng chảy kim loại tạo nên hợp kim - Tính dẫn nhiệt: tính chất truyền nhiệt kim loại bị đốt nóng làm lạnh, kim loại có tính chất dẫn nhiệt tốt dễ đốt nóng nhanh đồng đều, dễ nguội nhanh Các vật có tính dẫn nhiệt muốn đốt nóng hoàn toàn phải nhiều thời gian làm nguội nhanh gây nên nứt, vỡ - Tính dãn nở nhiệt: Chỉ có số kim loại có tính nhiễm từ, tức bị từ hóa sau đặt từ trường Sắt hầu hết hợp kim sắt có tính nhiễm từ Niken Côban có tính nhiễm từ gọi chất sắt từ Còn hầu hết kim loại khác tính nhiễm từ b Tính chất hóa học Tính chất hóa học biểu thị khả kim loại hợp kim chống lại tác dụng hóa học môi trường có hoạt tính khác Tính chất hóa học kim loại hợp kim biểu thị hai dạng: - Tính chống ăn mòn: Là khả chống lại ăn mòn nước hay oxy không khí nhiệt độ thường nhiệt độ cao - Tính chịu axít: khả chống lại tác dụng môi trường axít c Tính chất học δk Thông thường đặc tính đặc trưng giới hạn bền kéo độ giãn nở dài tương đối đứt ∆l/l Trên hình 2.2 trình bày hai đường cong dây dẫn làm vật dẫn bị kéo: đường1 ứng với dây sản xuất cách kéo nguội, đường2 ứng với dây ủ, ảnh hưởng việc ủ dây làm giảm giới hạn bền kéo 1,5 ÷ lần tăng độ giãn dài tương đối đứt lên 15 ÷ 20 lần 20 ∆l/l Hình2.2 Quan hệ ứng suất khí kéo dây dẫn với độ giãn nở dài tương dối [...]... loại vật liệu điện ? 12 VẬT LIỆU ĐIỆN CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.1.1 Khái niệm về vật liệu dẫn điện Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do Nếu đặt chúng vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo một hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện 1 Vật. .. dùng vật liệu dẫn điện kim loại lỏng là thủy ngân Các chất ở thể khí hoặc hơi có thể trở nên dẫn điện nếu chịu tác động của điện trường lớn Vật liệu dẫn điện được phân thành 2 loại: vật liệu có tính dẫn điện tử và vật liệu có tính dẫn Ion 2.2.2 Tính chất của vâtk liệu dẫn điện 2.2.2.1 Điện trở R Là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt lên vật dẫn và dòng điện chạy qua vật dẫn đó Điện trở của dây... Phân loại theo trạng thái vật thể - Vật liệu điện theo trạng thái vật rắn - Vật liệu điện theo trạng thái vật lỏng - Vật liệu điện theo trạng thái the khi CÂU HỎI CHƯƠNG 1 1 Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử, phân biệt chất trung tính và chất cực tính ? 2 Trình bày nguyên nhân gây ra những khyết tật trong vật rắn ? 3 Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng năng lượng của vật chất 4 Tính lực hút... Vật liệu có tính dẫn điện tử: là vật chất mà sự hoạt động của các điện tích không làm biến đổi thực thể đã tạo thành vật liệu đó Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm những kim loại ở trạng thái rắn hoặc lỏng, hợp kim và một số chất không phải kim loại như than đá Kim loại và hợp kim có tính dẫn điện tốt được chế tạo thành dây dẫn điện, như dây cáp, dây quấn dẫn điện trong các máy điện và khí cụ điện. .. phần tử mang điện S : tiết diện vật dẫn vtb: tốc độ chuyển động trung bình của điện tử dưới tác dụng của điện trường E e : điện tích của phần tử mang điện 14 VẬT LIỆU ĐIỆN Thay vtb = uE (u - độ di chuyển của phần tử mang điện) vào (2.3), ta được dạng tổng quát của định luật ôm: i = no.e.u.E = γE (2.4) với γ = no.e.u được gọi là điện dẫn suất 2.2.2.4 Điện dẫn suất γ Đại lượng nghịch đảo của điện dẫn suất... hơi Vật liệu dẫn điện ở thể rắn gồm các kim loại và hợp kim của chúng (trong một số trường hợp có thể không phải là kim loại hoặc hợp kim) Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng bao gồm các kim loại lỏng và các dung dịch điện phân Vì kim loại thường nóng chảy ở nhiệt độ rất cao trừ thủy ngân 13 VẬT LIỆU ĐIỆN 0 (Hg) có nhiệt độ nóng chảy ở -39 C do đó trong điều kiện nhiệt độ bình thường chỉ có thể dùng vật liệu. .. cụ điện Kim loại và hợp kim có điện trở suất lớn (dẫn điện kém) được sử dụng trong các khí cụ điện dùng để sưởi ấm, đốt nóng, chiếu sáng, làm biến trở 2 Vật liệu có tính dẫn Ion: là những vật chất mà dòng điện đi qua sẽ tạo nên sự biến đổi hóa học Vật dẫn có tính dẫn Ion thông thường là các dung dịch: dung dịch axit, dung dịch kiềm và các dung dịch muối Vật liệu dẫn điện có thể ở thể rắn, lỏng và trong... (2.1) R- Điện trở (Ω) ρ- Điện trở suất (Ω mm2/m) S- tiết diện dây dẫn (mm2) l- Chiều dài dây dẫn(m) 2.2.2.2 Điện dẫn G Điện dẫn G của một dây dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở R G= 1 R (2.2) Điện dẫn G được tính với đơn vị là (1/Ω) = (S) - Simen 2.2.2.3 Điện trở suất ρ Là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vị chiều dài và tiết diện là một đơn vị diện tích Dòng điện đi trong vật dẫn... t1) thì α trung bình là: α= ρt − ρt 2 1 ρt ( t 2 − t1) 1 15 (2.10) VẬT LIỆU ĐIỆN Bảng 2.1 đưa ra nhiệt độ nóng chảy, điện trở suất ρ và hệ số thay đổi điện trở suất α theo nhiệt độ của một số kim loại hay dùng trong kỹ thuật điện Bảng 2.1 Các đặc tính vật lý chủ yếu của kim loại (ở 200C) dùng trong kỹ thuệt điện Nhiệt độ nóng chảy (0C) Điện trở suất (ρ) ở Vàng 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00398 Bạc... là điện trở suất ρ ρ= 1 γ (2.5) Với một vật dẫn có tiết diện S và độ dài l không đổi thì ρ được xác định bởi biểu thức: S l R là điện trở dây dẫn ρ = R (2.6) Đơn vị của điện trở suất là Ω mm2/m hoặc µΩcm hoặc Ωm hoặc Ωcm, 1Ωcm = 106 µΩcm = 104 Ωmm2/m = 10-2 Ωm Từ (2.4), ta có: R = ρ l l = (Ω) S γS (2.7) 2.2.3 Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật liệu a Ảnh hưởng của nhiệt độ: Điện