giáo trình vật liệu điện chuẩn

CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU v 1.1 CẤU TẠO VẬT LIỆU v 1.1.1 Cấu tạo nguyên tử v 1.1.2 Cấu tạo phân tử vi 1.2 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU vii 1.2.1 Lý thuyết phân vùng lượng chất rắn .vii 1.2.2 Phân loại theo khả dẫn điện vii 1.2.3 Phân loại vật liệu theo từ tính viii CHƯƠNG 2: TÍNH DẪN ĐIỆN VÀ SỰ PHÂN CỰC CỦA ĐIỆN MÔI ix 2.1 NHỮNG HIỂU BIẾT CHUNG VỀ ĐIỆN MÔI KHI ĐẶT VÀO ĐIỆN TRƯỜNG.ix 2.2 TÍNH DẪN ĐIỆN, ĐIỆN DẪN CỦA ĐIỆN MÔI x 2.2.1 Khái niệm chung tính dẫn điện điện môi x 2.2.2 Điện dẫn điện môi xi 2.2.3 Điện trở điện môi xi 2.2.4 Điện trở suất khối điện trở suất mặt .xi 2.2.5 Điện dẫn suất khối γV điện dẫn suất mặt γS xii 2.3 ĐIỆN DẪN CỦA ĐIỆN MÔI KHÍ, LỎNG VÀ RẮN xii 2.3.1 Điện dẫn điện môi khí xii 2.3.2 Điện dẫn điện môi lỏng xiv 2.3.3 Điện dẫn điện môi rắn xv 2.4 SỰ PHÂN CỰC TRONG ĐIỆN MÔI VÀ HẰNG SỐ ĐIỆN MÔI xv 2.4.1 Khái niệm phân cực xv 2.4.2 Hằng số điện môi (ε) xvi 2.5 CÁC DẠNG PHÂN CỰC XẢY RA TRONG ĐIỆN MÔI xvi 2.5.1 Phân cực nhanh xvi 2.5.2 Phân cực chậm xvii 2.5.3 Phân loại điện môi theo dạng phân cực xvii CHƯƠNG 3: TỔN HAO ĐIỆN MÔI VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI xix 3.1 KHÁI NIỆM VỀ TỔN HAO ĐIỆN MÔI .xix 3.2 CÁC DẠNG TỔN HAO XẢY RA TRONG ĐIỆN MÔI .xxi i 3.2.1 Tổn hao điện môi dòng điện rò xxi 3.2.2 Tổn hao điện môi phân cực xxi 3.2.3 Tổn hao điện môi ion hoá xxii 3.2.4 Tổn hao điện môi cấu tạo không đồng .xxii 3.3 TÍNH TOÁN TỔN HAO ĐIỆN MÔI xxiii 3.3.1 Tính toán công suất tổn hao lớn (sơ đồ song song) .xxiv 3.3.2 Tính toán công suất tổn hao nhỏ(sơ đồ nối tiếp) .xxv 3.4 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TỔN HAO ĐIỆN MÔI xxvi 3.4.1 Tổn hao điện môi chất khí xxvi 3.4.2 Tổn hao điện môi chất lỏng xxvii 3.4.3 Tổn hao điện môi chất rắn .xxviii 3.5 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI.xxviii 3.6 SỰ PHÓNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI KHÍ xxix 3.6.1 Các yêu cầu chung chất khí dùng làm chất khí cách điện .xxix 3.6.2 Các dạng ion hoá xảy chất khí xxx 3.6.3 Quá trình hình thành thác điện tử phóng điện điện môi khí .xxxi 3.6.4 Phóng điện trường đồng không đồng .xxxvi 3.7 SỰ PHÓNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI LỎNG VÀ RẮN xxxix 3.7.1 Sự phóng điện điện môi lỏng xxxix 3.7.2 Sự phóng điện điện môi rắn .xli CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN .xlv 4.1 TÍNH CHẤT CƠ, LÝ, HÓA CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN .xlv 4.1.1 Đặc tính vật lý điện môi .xlv 4.1.2 Đặc tính giới điện môi xlvii 4.1.3 Đặc tính hóa học điện môi xlix 4.2 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ KHÍ xlix 4.2.1 Không khí xlix 4.2.2 Khí SF6 (Hecxanflorit hay êlêgaz) li 4.2.3 Khí Hydro (H2) li 4.3 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ LỎNG .lii 4.3.1 Dầu máy biến áp lii ii 4.3.2 Dầu tụ điện, dầu cáp điện liv 4.3.3 Điện môi lỏng tổng hợp .liv 4.4 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ RẮN lv 4.4.1 Điện môi hữu cao phân tử lv 4.4.2 Điện môi vô lix 4.4.3 Vật liệu cách điện dạng sợi .lxii 4.4.4 Mica lxii 4.5 CÁC LOẠI CÁCH ĐIỆN CHO CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN .lxiii 4.5.1 Nhóm cách điện lxiii 4.5.2 Cách điện MBA lxx 4.5.3 Cách điện máy điện lxxiv 4.5.4 Cách điện khí cụ điện lxxviii CHƯƠNG 5: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN lxxxiv 5.1 PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN lxxxiv 5.1.1 Định nghĩa lxxxiv 5.1.2 Phân loại .lxxxiv 5.1.3 Các tính chất vật liệu dẫn điện lxxxv 5.2 VẬT LIỆU CÓ ĐIỆN DẪN CAO lxxxviii 5.2.1 Đồng(Cu) lxxxviii 5.2.2 Nhôm(Al) xcii 5.2.3 Sắt (Fe) xciii i Các sợi cấu thành xcv 5.2.4 Một số kim loại khác .xcvi 5.3 LƯỠNG KIM LOẠI xcviii 5.3.1 Định nghĩa .xcviii 5.3.2 Phân loại ứng dụng: xcviii 5.4 VẬT LIỆU DÙNG LÀM DÂY DẪN ĐIỆN, ĐIỆN TRỞ VÀ TIẾP ĐIỂM ĐIỆN .xcix 5.4.1 Khái quát phân loại xcix 5.4.2 Kim loại tinh khiết dùng làm điện trở xcix 5.4.3 Hợp kim dùng làm điện trở c iii 5.4.4 Vật liệu làm tiếp điểm điện c CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU BÁN DẪN ciii 6.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ VẬT LIỆU BÁN DẪN ciii 6.1.1 Khái niệm chung vật liệu bán dẫn .ciii 6.1.2 Phân loại bán dẫn .cv 6.2 CÁC CHẤT BÁN DẪN CHÍNH DÙNG TRONG KỸ THUẬT ĐIỆN cvi 6.2.1 Cacbon(Than) cvi 6.2.2 Gecmani (Ge) cvii 6.2.3 Silic (Si) cviii 6.2.4 Sêlen (Se) cix 6.3 CÁC LOẠI VẬT LIỆU BÁN DẪN KHÁC .cx 6.3.1 Vật liệu bán dẫn có tạp chất .cx 6.3.2 Vật liệu bán dẫn ghép cxii 6.3.3 Vật liệu bán dẫn ghép có tạp chất cxiii 6.4 QUÁ TRÌNH DẪN ĐIỆN TRONG VẬT LIỆU BÁN DẪN .cxiv 6.4.1 Quá trình dẫn điện Vật liệu bán dẫn (VLBD) .cxiv 6.4.2 Dòng điện VLBD cxvi 6.5 TIẾP GIÁP P – N cxix 6.5.1 Cách để chế tạo lớp p-n cxix 6.5.2 Tiếp giáp p-n cxx CHƯƠNG 7: VẬT LIỆU TỪ cxxvi 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TỪ TÍNH .cxxvi 7.2 CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ CHÍNH cxxviii 7.2.1 Vật liệu từ mềm cxxviii 7.2.2 Vật liệu từ cứng cxxx 7.2.3 Những vật liệu từ đặc biệt cxxxii 7.3 MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ cxxxii 7.4 NAM CHÂM ĐIỆN cxxxiv iv CHƯƠNG 1: CẤU TẠO VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 1.1 CẤU TẠO VẬT LIỆU Để hiểu chất dẫn điện cách điện vật liệu, cần có khái niệm cấu tạo vật liệu hình thành phân tử mang điện vật liệu 1.1.1 Cấu tạo nguyên tử Hình - : Mô hình nguyên tử Borh Mọi vật chất cấu tạo từ nguyên tử phân tử Nguyên tử phần tử vật chất Theo mô hình nguyên tử Borh, nguyên tử cấu tạo hạt nhân mang điện tích dương điện tử (electron) mang điện tích âm Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo định Hạt nhân nguyên tử tạo nên từ hạt proton va nơtron Nơtron hạt không mang điện, proton mang điện tích dương Điện tích nơtron Z.q Trong : Z- số lượng điện tử nguyên tử, đồng thời số thứ tự nguyên tố nguyên tử bảng tuần hoàn Mendeleep q- điện tích điện tử e (qe= -1,601.10-19C) Protôn có khối lượng mp=1,67.10-27kg, khối lượng điện tử me=9,1.10-31kg Ở trạng thái bình thường, nguyên tử trung hoà điện, tức tổng điện tích dương hạt nhân tổng điện tích âm điện tử Nếu lý mà nguyên tử hay nhiều điện tử mang điện tích dương, thường gọi ion dương Ngược lại, nguyên tử trung hòa nhận thêm điện tử mang điện tích âm, trở thành ion âm Trong nguyên tử, điện tử chuyển động quỹ đạo xác định tương ứng với mức lượng định Khi điện tử chuyển động quỹ đạo tròn bán kính r xung quanh hạt nhân điện tử chịu lực hút hạt nhân f1 xác định công thức : f1 = q2 r2 (1- 0) Lực hút f1 cân với lực ly tâm chuyển động f2 mv f2 = r Trong đó: (1- 0) m – khối lượng điện tử v v – vận tốc chuyển động điện tử Từ (1- 0) (1- 0) ta có f1 = f2, hay mv = q2 r (1- 0) Trong trình chuyển động điện tử có động T = mv q2 U = , r nên lượng điện tử W =T+U = mv q q2 − =− r 2r (1- 0) Điều chứng tỏ điện tử nguyên tử có mức lượng định, tỉ lệ nghịch với bán kính quỹ đạo chuyển động Năng lượng tối thiểu cung cấp cho điện tử để tách rời khỏi nguyên tử trở thành điện tử tự gọi lượng ion hoá(W i) Khi nguyên tử trở thành ion dương.Nếu biến nguyên tử trung hoà thành ion dương điện tử tự gọi trình ion hoá Ngược lại nguyên tử nhận thêm điện tử, trở thành ion âm Năng lượng lớp điện tử khác khác Các điện tử hóa trị có mức lượng ion hóa thấp chúng cách xa hạt nhân Trong thực tế, lượng ion hoá kích thích nhiều nguồn lượng khác : nhiệt năng, quang năng, điện hay lượng tia xạ α, β, γ 1.1.2 Cấu tạo phân tử Phân tử tạo nên từ nhữn nguyên tử thông qua liên kết phân tử Trong vật chất tồn bốn loại liên kết sau Liên kết đồng hoá trị Liên kết đồng hóa trị đặc trưng dùng chung điện tử phân tử Khi đó, mật độ đám mây điện tử hạt nhân trở thành bão hòa, liên kết phân tử bền vững Ví dụ: O2; H2 hay Cl2 Tùy thuộc cấu trúc đối xứng hay không mà liên kết đồng hoá trị chia làm hai loại sau: a Liên kết trung tính Là loại liên kết đồng hoá trị có tâm điện tích dương trùng với tâm điện tích âm, ví dụ: Cl2 b Liên kết cực tính (lưỡng cực) Là liên kết có tâm điện tích dương tâm điện tích âm không trùng nhau, cách khoảng cách a đó, ví dụ: HCl Liên kết ion vi Liên kết ion liên kết xác lập lực hút ion dương ion âm phân tử Loại liên kết bền vững, vật rắn có cấu tao ion thường có độ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Ví dụ điển hình muối halogen kim loại kiềm, NaCl Liên kết kim loại Thường gặp mạng tinh thể kim loại (chất rắn), liên kết lực hút ion dương mạng tinh thể với điện tử tự kim loại Lực hút tạo nên tính nguyên khối kim loại, liên kết kim loại bền vững Kim loại có đọ bền học nhiệt độ nóng chảy cao Do tồn điện tử tự làm cho kim loại có tính ánh kim, tính dẫn nhiệt dẫn điện tốt Liên kết Vandec-Vanx Đay dạng liên kết yếu, cấu trúc mạng tinh thể không vững nên chúng có độ nóng chảy độ bền thấp, ví dụ sáp(parafin) 1.2 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU 1.2.1 Lý thuyết phân vùng lượng chất rắn Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng lượng để giải thích, phân loại vật liệu thành nhóm vật liệu dẫn điện, bán dẫnvà cách điện(điện môi) Trong đó: 1: - Vùng đầy điện tử 2: - Vùng cấm 3: - Vùng mức lượng tự Điện môi Bán dẫn Vật dẫn Hình - : Sơ đồ phân bố vùng lượng chất rắn 0oK Khi nguyên tử trạng thái bình thường không bị kích thích, số mức lượng điện tử lấp đầy, mức lượng khác điện tử có mặt nguyên tử nhận lượng từ bên tác động (trạng thái kích thích) Vùng lượng bình thường nguyên tử vị trí thấp gọi vùng hoá trị (vùng đầy) Những điện tử tự có mức lượng hoạt tính cao tập hợp thành vùng tự (vùng điện dẫn) phần sơ đồ phân bố vùng lượng Giữa vùng tự vùng đầy tồn vùng lượng gọi vùng cấm hay vùng trống Tùy theo chiều rộng vùng cấm (ΔW) mà vật liệu phân thành vật liệu dẫn điện, vật liệu bán dẫn vật liệu cách điện (điện môi) 1.2.2 Phân loại theo khả dẫn điện Cách điện (điện môi) vii Điện môi chất có vùng cấm lớn đến mức điều kiện bình thường dẫn điện điện tử không xảy Các điện tử hoá trị cung cấp thêm lượng chuyển động nhiệt di chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Chiều rộng vùng cấm điện môi ∆W nằm khoảng 1,5 đến vài điện tử vôn (eV) Bán dẫn Bán dẫn chất có vùng cấm hẹp so với điện môi, vùng thay đổi nhờ tác dộng từ lượng bên Chiều rộng vùng cấm chất bán dẫn bé (∆W=0,2÷1,5eV), nhiệt độ bình thường số điện tử hoá trị vùng đầy tiếp sức chuyển động nhiệt di chuyển tới vùng tự để tham gia vào dòng điện dẫn Vật 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 hoá trị vùng đầy chuyển sang vùng tự dễ dàng, tác dụng lực điện trường điện tử tham gia vào dòng điện dẫn Chính vật dẫn có tính dẫn điện tốt 1.2.3 Phân loại vật liệu theo từ tính Theo từ tính, người ta phân vật liệu thành nghịch từ, thuận từ dẫn từ Nghịch từ Nghịch từ chất có độ từ thẩm µ < không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có Hydro, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, số kim loại đồng, kẽm, bạc, vàng, thủy ngân,… Thuận từ Thuận từ chất có độ từ thẩm µ > không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có Oxy, ni tơ oxit, muối đất hiếm, muối sắt, muối Coban Niken, kim loại kiềm, nhôm, bạch kim… Chất nghịch từ thuận từ thường có độ từ thẩm xấp xỉ Chất dẫn từ Chất dẫn từ chất có độ từ thẩm µ >> phụ thuộc vào cường độ từ trường bên Loại gồm có sắt, Niken Coban hợp kim chúng, hợp kim Crom Mangan, Gadoloit, Pherit… viii CHƯƠNG 2: TÍNH DẪN ĐIỆN VÀ SỰ PHÂN CỰC CỦA ĐIỆN MÔI 2.1 NHỮNG HIỂU BIẾT CHUNG VỀ ĐIỆN MÔI KHI ĐẶT VÀO ĐIỆN TRƯỜNG Khi đặt điện môi vào điện trường E, điện môi chịu lực tác dụng cường độ điện trường Tuỳ theo dạng cường độ điện trường thời gian tác dụng mà điện môi xảy tượng với đặc điểm khác Dưới tác dụng điện trường, điện môi xảy hai tượng tượng dẫn điện phân cực điện môi Hiện tượng dẫn điện: Dưới tác dụng lực điện trường, điện tích dương chuyển động theo chiều điện trường, điện tích âm (bao gồm điện tử tự do) chuyển động theo chiều ngược lại, chúng tạo nên dòng điện điện môi Như điện dẫn điện môi xác định chuyển động có hướng điện tích tác dụng điện trường bên Số lượng điện tích tự điện môi không nhiều, dòng điện có trị số nhỏ Hiện tượng phân cực: Phân cực chuyển dịch có giới hạn điện tích liên kết hay định hướng phần tử lưỡng cực tác dụng điện trường Trong trình phân cực tạo nên dòng điện phân cực Do có dòng điện dẫn phân cực mà phần lượng điện bị tiêu hao tỏa dạng nhiệt làm cho điện môi nóng lên Phần lượng tiêu hao gọi tổn hao điện môi Dựa vào trị số tổn hao điện môi mà người ta đánh giá chất lượng vật liệu cách điện Mỗi loại điện môi với chiều dày định chịu điện áp giới hạn định Khi điện áp cao trị số giới hạn xảy tượng phóng điện làm hỏng điện môi Độ bền vật liệu khả vật liệu chịu điện áp mà không bị phá huỷ Độ bền điện đặc trưng trị số cường độ điện trường đánh thủng E dt = U dt [ kV / mm] h Trong trình vận hành, điện môi phải chịu tác động môi trường điện trường Sau thời gian tính chất học, lý, hoá, điện điện môi bị thay đổi khác với tính chất ban đầu, điện môi bị lão hoá dần tính chất cách điện Các chương nghiên cứu tượng xảy điện môi ix 2.2 TÍNH DẪN ĐIỆN, ĐIỆN DẪN CỦA ĐIỆN MÔI 2.2.1 Khái niệm chung tính dẫn điện điện môi Điện môi loại vật liệu dùng để chế tạo cách điện thực tế không vật liệu cách điện hoàn toàn điện môi có số không nhiều, điện tích tự tạp chất (không đồng nhất) Do có tác dụng lực điện trường có dòng điện qua Tuỳ theo nguyên nhân sinh dòng điện mà người ta phân dòng điện chạy điện môi sau : - Dòng điện chuyển dịch : Do tác dụng cường độ điện trường E làm cho điện tích điện môi chuyển dịch có hướng Các điện tích chuyển dịch từ trạng thái cân sang trạng thái cân khác, nói cách khác chuyển dịch lượng biến thiên khoảng thời gian ngắn - Dòng điện hấp thụ : Là thành phần phân cực chậm gây lên, tác dụng điện áp đặt vào điện môi phân tử lưỡng cực xoay hướng tạo nên dòng điện hấp thụ Sự phân cực phụ thuộc vào loại điện áp tác dụng Nếu điện áp chiều dòng điện xuất đóng cắt mạch, điện áp xoay chiều dòng điện tồn suốt thời gian đóng mạch - Dòng điện rò : Nguyên nhân sinh điện tích tự bụi bẩn bám bề mặt điện môi có bên chất điện môi Dưới tác dụng điện trường điện tích tự dịch chuyển theo hướng điện trường, trị số dòng điện rò nhỏ Hình - : Quan hệ dòng điện với điện áp thời gian Khi đặt điện môi điện trường E, điện áp U đo trị số dòng điện qua điện môi ta thấy dòng điện biến thiên theo thời gian biểu điễn Hình - Dòng điện điện môi gồm hai thành phần dòng điện rò (Irò) dòng điện phân cực (Iph.c) Ở điện áp chiều, dòng điện phân cực tồn thời gian trình độ đóng hay cắt mạch điện.Đối với điện áp xoay chiều, dòng điện phân cực tồn suốt thời gian đặt điện áp x Lớp tiếp giáp p-n tạo cách điều chỉnh vận tốc kéo tinh thể Ví dụ với tạp chất antimon (Sb) hoá trị V, vận tốc kéo lớn mức độ hoà tan Sb Ge rắn lớn, mật độ Sb lớn vật liệu có tính chất loại n; vận tốc kéo nhỏ tạp chất”nhận” đóng vai trò chủ đạo vật liệu có tính chất loại p Như điều chỉnh vận tốc kéo khác tạo lớp n, lớp p tinh thể Ge Cách Có thể dùng phương pháp khuyếch tán để tạo lớp p-n Làm bốc vật liệu tạp chất”cho” “nhận” tạp chất khuyếch tán vào tinh thể Pin mặt trời Si tạo lớp p-n phương pháp khuyếch tán Cách Công nghệ Epitaxi(Lớp phủ trên) Hoà tan chất khí có chứa Si khí H PH3(Phêtphin) dẫn vào lò phản ứng, vật liệu đốt nóng Tấm phải đốt nóng (vật liệu loại p, ví dụ Si loại p) đến 12000C Hơi Silic Clorua khử clo hidro lớp đơn tinh thể Si hình thành Những nguyên tử Phốt làm cho lớp Silic vừa hình thành có tính chất n Nồng độ Phốt khoảng 1022/m3 Hình - : : Sơ đồ cấu tạo lò phản ứng dùng công nghệ epitaxi Tiếp sau đây, khảo sát lớp tiếp giáp p-n ba trường hợp sau đây: - Tiếp giáp p-n không đặt điện áp phân cực Tiếp giáp p-n với điện áp phân cực thuận Tiếp giáp p-n với điện áp phân cực nghịch 6.5.2 Tiếp giáp p-n Tiếp giáp p-n không đặt điện áp phân cực cxx Giả sử có hai phần vật liệu Ge loại p loại n tiếp xúc với Giới hạn vùng p n lớp tiếp giáp p-n Trong thực tế nồng độ tạp chất phía p n không Giả thiết mật độ Na lớn mật độ Nd (hình vẽ cho thấy mật độ điện tích đa số điện tích thiểu số) Ở phía p, pP mật độ điện tích nP mật độ lỗ trống thiểu số Sau xét chuyển dịch chuyển mức lượng Khi vật liệu p vật liệu n tiếp xúc với điện tích đa số khuyếch tán từ phía sang phía qua bề mặt tiếp giáp Lỗ trống phía p khuyếch tán sang n điện tử phía n sang phía p cụ thể phía p có lớp điện tích âm phía n có lớp điện tích dương Khi có chuyển động điện tích phía n, e khuyếch tán sang p tạo thành dòng điện khuyếch tán hạt e, e trung hoà với lỗ trống phía p Ở phía p có cặp điện tử-lỗ trống sinh nhiệt kích thích mà điện tử cặp bị điện trường đẩy phía n, tạo thành dòng điện dịch hạt thiểu số (lỗ trống) Dòng khuyếch tán chuyển dịch ngược chiều triệt tiêu Các lỗ trống p trung hoà với điện tử khuyếch tán từ n sang p Dòng điện lỗ trống tạo hình thành Hình - : a - Tiếp giáp p-n b - Mật độ tạp chất c - Mật độ điện tích cxxi Hình - : Sơ đồ cấu trúc vùng lượng a./ Ngay p n tiếp xúc b./ Khi trạng thái cân thiết lập Những lỗ trống phía p khuyếch tán sang phía n e từ phía n khuyếch tán sang phía p Hai bên mặt tiếp giáp hình thành hai lớp điện tích không gian ngược dấu nhau, cụ thể phía p có lớp điện tích âm phía n có lớp điện tích dương Như vậy, dòng khuyếch tán hạt đa số (điện tử lỗ trống phía p ) phụ thuộc vào điện áp đặt lên tiếp giáp p-n (điện áp phân cực), dòng dịch chuyển hạt thiểu số (điện tử lỗ trống phía n) không phụ thuộc vào điện áp phân cực, gọi dòng điện bão hoà cxxii Hình - : Sơ đồ mức lượng hai kim loại tiếp xúc a – Trước tiếp xúc b – Ngay sau tiếp xúc c – Trạng thái cân Như ta biết, mức Fermi vật liệu loại p sát bờ vùng hoá trị, ký hiệu W F Ở trạng thái cân bằng, hai mức Fermi phải nhau, W Fp=WFn Do mức lượng e phía n hạ thấp xuống phía p nâng lên Đây dịch chuyển mức lượng Có thể giải thích mức Fermi phải cách giải thích tượng tiếp xúc hai kim loại A B có mức Fermi khác mô tả Hình - Trong ΦA, ΦB công thoát e Sơ đồ Hình - mô tả ba thời điểm trình tiếp xúc hai kim loại: - Trước tiếp xúc Ngay tiếp xúc Trạng thái cân cxxiii Ngay hai kim loại tiếp xúc nhau, e kim loại A tràn qua kim loại B Do kim loại B có điện tích âm kim loại A có điện tích dương Quá trình tích điện làm thay đổi B so với A tất mức lượng e A, kể mức Fermi W FA hạ thấp xuống, B tăng lên Quá trình tiếp diễn hai mức Fermi W FA WFB e ngừng di chuyển Tiếp theo khảo sát dòng điện cách khảo sát di chuyển điện tích Từ phía n, electron khuyếch tán sang p, tạo thành dòng điện hạt đa số (e) Các electron trung hoà với lỗ trống phía p Ở p, có cặp electron - lỗ trống sinh nhiệt kích thích, mà điện tử cặp bị điện trường đẩy phía n, tạo thành dòng điện dịch chuyển hạt thiểu số Dòng điện khuyếch tán dòng điện chuyển chảy ngược chiều và triệt tiêu Các lỗ trống p trung hoà với e khuyếch tán từ n sang p Dòng điện lỗ trống tạo hình thành tương tự, nghĩa từ phía p, lỗ trống (hạt đa số) khuyếch tán sang phía n, tạo thành dòng điện khuyếch tán hạt đa số Lỗ trống khuyếch tán sang n trung hoà với e sinh nhiệt, n Lỗ trống thiểu số nhiệt sinh n bị điện trường đẩy phía p, tạo thành dòng điện dịch chuyển lỗ trống thiểu số từ n sang p Cũng dòng điện electron, dòng khuyếch tán dòng điện dịch chuyển lỗ trống triệt tiêu Như vậy, thấy dòng điện khuyếch tán hạt đa số (bao gồm electron phía n lỗ trống phía p) phụ thuộc vào điện áp đặt lên tiếp giáp p-n (điện áp phân cực), dòng dịch chuyển hạt thiểu số (bao gồm e phía p lỗ trống phía n) không phụ thuộc vào điện áp phân cực, dòng điện dịch chuyển hạt thiểu số lại dòng điện bão hoà Tiếp giáp p-n có điện áp phân cực thuận Hình - : Tiếp giáp p-n phân cực thuận Trong trường hợp điện áp phân cực không, thấy trạng thái cân dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp Đó vùng tiếp giáp hình thành (gọi rào chắn điện dày cỡ 10-5cm) Nó ngăn cản điện tích đa số tiếp tục khuyếch tán sang vùng trống Muốn có dòng điện phải phá vỡ trạng thái cân cách hạ thấp rào chắn điện thế; muốn phải đặt điện áp lên tiếp giáp p-n Điện áp gọi điện áp phân cực, ký hiệu Upc cxxiv Nếu nối cực dương nguồn điện áp Upc vào phía p nối cực âm vào phía n, mô tả Hình - tiếp giáp p-n gọi phân cực thuận Upc điện áp phân cực thuận Với điện áp phân cực thuận, điện phía p âm điện phía n dương làm cho chiều cao rào điện giảm, tạo điều kiện cho khuyếch tán điện tích đa số Hiệu điện phía p phía n U0-U, hiệu điện giảm tạo điều kiện cho khuyếch tán điện tích : lỗ trống khuyếch tán từ phía p sang phía n e từ phía n sang phía p có dòng điện Tiếp giáp p-n có điện áp phân cực nghịch Trường hợp cực âm điện áp nối vào phía p cực dương nối vào phía n, nói tiếp giáp p-n phân cực nghịch Điện áp tiếp giáp p-n tăng lên so với trạng thái cân bằng, điện áp phía p âm phía n dương so với trạng thái cân Rào chắn điện nâng cao, ngăn cản khuyếch tán điện tích Hình - : Sơ đồ cấu trúc vùng lượng điện p n a - Điện áp phân cực không, trạng thái cân b - Điện áp phân cực thuận c - Điện áp phân cực nghịch Dòng điện lỗ trống khuyếch tán từ phía p sang phía n không dòng điện e đa số khuyếch tán từ phía n sang phía p không Dòng điện điện tích thiểu số không chịu ảnh hưởng điện áp phân cực nên tồn Như xuất dòng điện có điện áp nghịch với giả thiết dòng điện dương từ phía p sang phía n trước cxxv CHƯƠNG 7: VẬT LIỆU TỪ 7.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU TỪ TÍNH Vật liệu từ tính chất sắt từ hợp chất hoá học ferit loại có giá trị lớn kỹ thuật điện Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính vật liệu điện tích luôn chuyển động ngầm theo quỹ đạo kín tạo nên dòng điện vòng Cụ thể quay điện tử xung quanh trục chúng-spin điện tử quay theo quỹ đạo điện tử nguyên tử Hình - : Hướng từ hóa số mạng tinh thể Vật liệu từ tính quan trọng sử dụng kỹ thuật điện điện tử sắt từ hợp chất từ sắt từ Tính chất từ vật liệu bắt nguồn từ hình thức chuyển động bên điện tích tạo thành dòng chuyển động xoay tròn nguyên tố, điện tử quay xung quanh trục gọi Spin điện từ chuyển động xung quanh hạt nhân Sự từ hoá vật liệu sắt từ phụ thuộc vào kết cấu vật liệu phụ thuộc vào phương từ hoá vật liệu sắt từ Ví dụ : tinh thể sắt - Từ hoá theo cạnh khối dễ dàng so với theo chiều dương chéo khối Từ hoá theo chiều đường chéo bề mặt trung bình Quá trình từ hoá vật liệu sắt từ tóm tắt sau : Dưới tác dụng điện trường làm cho mômen từ xoay theo phương từ trường Hiện tượng bão hoà từ cxxvi vật liệu sắt từ xảy miền từ hoá không phụ thuộc vào từ trường mômen từ tất miền xoay theo hướng từ trường Quá trình từ hoá vật liệu từ đánh giá đường cong từ hoá B=f(H)- Với H cường độ từ trường - Đường : ứng với loại sắt đặc biệt hay sắt nguyên chất Đường : ứng với sắt chiếm 99,98% sắt Đường : ứng với loại có 99,92% sắt Qua đường cong từ hoá người ta xác định độ thẩm từ µ Độ từ thẩm tỷ số cảm ứng từ B cường độ từ trường H µ= B H (7 - ) Hình - : Đường cong từ hóa B=f(H) Nếu từ hoá với từ trường xoay chiều ta chu trình từ trễ Trên chu trình từ trễ có điểm đáng ý : - Điểm có H=0, B = B0 Điểm có B=0, H= HC (HC- gọi lực khử từ) Khi từ hoá với từ trường xoay chiều, vật liệu sắt từ có tổn hao từ hoá gồm hai phần: tổn hao từ trễ tổn hao dòng điện xoáy Hình - : Vòng từ trễ giới hạn vật liệu sắt từ cxxvii Như trên: Tổn hao từ trễ vật liệu sắt từ, từ hoá trường xoay chiều có tổn hao từ trễ tổn hao động Tổn hao động chủ yếu dòng xoay chiều gây nên cảm ứng vật liệu sắt từ Đối với loại vật liệu mà tổn hao dòng điện xoáy phụ thuộc vào điện trở suất, điện trở suất vật liệu sắt từ cao dòng điện xoáy nhỏ 7.2 CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ CHÍNH 7.2.1 Vật liệu từ mềm Độ thấm từ cao, lực kháng từ nhỏ, tổn thất trễ vật liệu nhỏ làm cho chúng thích ứng với lõi thép máy biến áp, nam châm điện, thiết bị đo lường số ứng dụng khác Ở vị trí mà yêu cầu đạt đến cảm ứng từ cao với tổn thất công suất thấp Để giảm tổn thất dòng xoáy mạch từ MBA, lõi thường phủ chồng lên lớp vật liệu từ mềm mỏng có sơn vecni cách điện nhằm làm tăng điện trở suất Sắt (thép cácbon thấp) Nhìn chung sắt thỏi chứa lượng nhỏ tạp chất, : Cacbon, sulfua, mangan, silic nhũng nguyên tố khác làm yếu tính chất từ tính Thép điện carbon thấp điện loại khác sắt thỏi, độ dày từ 0,2 đến 4mm, không chứa 0,04% carbon không vượt 0,6% nguyên tố khác Độ từ thẩm cao loại thép khác không mức 3500-4500, lực kháng từ tương ứng không cao 100-62Am - Sắt đặc biệt khiết: sản suất cách điện phân dung dịch điện phân sulful sắt hay clorua sắt Nó chứa 0,05% tạp chất, sắt đúc có chức giống anốt mềm hình trụ lõm có vai trò catốt Dòng kết tủa catốt(dày từ đến mm), sắt lắng đọng bị loại sau đãi qua, nghiền thành bột máy nghiền, sắt hạt, ủ chân không nấu chảy lại cán thành nhiều Bảng - : Các thành phần hoá học tính chất từ vài loại sắt Các tính chất từ Tạp chất(%) Vật liệu Độ từ thẩm C O2 Sắt thỏi 0,02 0,06 250 7000 64 Sắt điện phân 0,02 0,01 600 15000 28 Sắt Cacbonyl 0,005 0,005 3300 21000 6,4 0,01 - - 61000 7,2 0,005 0,003 6000 200000 3,2 Sắt điện phân chảy(chân không) Sắt tinh chế H2 nóng cxxviii Lớn μmax Lực kháng từ HC(A/m) Ban đầu μmin Sắt tinh chế cao H2 - - 20000 340000 2,4 Tinh thể đơn sắt tinh khiết ủ H2 - - - 1.430000 0,8 Thép điện Là vật liệu từ mềm chính, sản suất có nhiều loại khác Sự thêm vào silic nhằm tăng điện trở suất nó, giảm tổn thất dòng xoáy Phucô góp phần vào việc khử gần hoàn toàn oxit thép Điều làm tăng độ từ thẩm ban đầu giảm lực kháng từ tổn thất lượng từ trễ Tuy nhiên Silic gây bất lợi tính chất học thép lượng Si >5% trở nên giòn Bảng - : Mật độ điện trở suất thép phụ thuộc vào thành phần Si Số ký hiệu cấp độ thép Mức độ hợp kim thép với Si Thành phần Si Mật độ (Mg/m ) Điện trở suất(µΩ.m) Hợp kim thấp 0,8-1,8 7,80 0,25 Hợp kim vừa 1,8-2,8 7,75 0,40 Hợp kim cao 2,8-3,8 7,65 0,50 Hợp kim cực cao 3,8-4,8 7,55 0,60 Những hợp kim có độ thẩm từ cao Tên chung cho hợp kim sắt - niken Hợp kim Niken cao chứa 72 đến 80% Ni hợp kim Niken thấp chứa từ 40 đến 50% Ni Chúng ứng dụng để chế tạo lõi thép MBA nhỏ, cuộn kháng, rơle phần tử mạch từ Những lõi trọng vào hoạt động mật độ dòng từ tăng, có từ hoá xếp chồng lên( Loại 45H 50 H) Bảng - : Các đặc tính hợp kim sắt, Ni sau xử lý nhiệt Nhóm loại 45H Ni thấp, phụ gia 50H 50HXC HC,A/ m, BmaxT, không 1,7-3,0 16-35 32-10 1,5 0,45 1,5-3,2 15-30 20-8 1,0 0,9 sản Chiều dày hay µmin đường kính (103) Thép lạnh Thép nóng tròn 0,02-2,5 tròn 3-22 Dạng que Ni thấp, có phụ µmax (103) Kiểu suất Thép tròn ρ,µΩm, không 8-10 0,02-1,0 cxxix gia 79HM Ni cao có phụ gia Siêu hợp kim 80HXC lạnh Thép lạnh Thép nóng tròn 0,02-2,5 tròn 3-22 76HX-∆ 79HM-Y Dạng que - - 16-35 50-220 5,2-1,0 0,65 100 1500 0,3 0,8 0,55 8-10 - 0,66 Hợp kim loại 50HXC dùng làm lõi MBA xung thiết bị âm tần số cao Những ứng dụng loại 79HM,80HXC 76HX-∆ dùng để làm lõi cho MBA cỡ nhỏ, rơle chắn từ Những dải băng dát mỏng với độ dày 0,02 mm dùng MBA xung, khuyếch đại từ rơle không tiếp điểm 7.2.2 Vật liệu từ cứng Xuất phát từ thành phần, trạng thái kỹ thuật sản xuất vật liệu chia thành: - Thép hợp kim cứng thành loại mactensit Hợp kim đúc Nam châm dạng bột Ferit từ cứng Những hợp kim biến dạng đàn hồi băng từ Thép hợp kim cứng thành loại mactensit Thép vật liệu đơn giản có sẵn để sản xuất nam châm vĩnh cửu Chúng hỗn hợp gồm : tungsten, crôm, môlipđen côbát Chúng dễ gia công giá thành hạ, nhiên dùng tính chất từ thấp Bảng - : Thành phần tính chất thép macténit nam châm vĩnh cửu Thành phần hoá học %(còn lại Fe) Từ tính(không dưới) Loại C Cr W Co Mo Br,(T) Hc,(kA/m) EX 0,95-1,10 1,30-1,60 - - - 0,9 4,6 EX3 0,90-1,10 2,80-3,60 - - - 0,95 4,8 E7B6 0,68-0,78 0,30-0,50 5,20-6,20 - - EX5K5 0,90-1,05 5,50-6,50 - 5,50-6,50 - 0,85 EX9K15M 0,90-1,05 8,0-10,0 - 13,5-16,5 1,2-1,7 0,8 13,6 cxxx Hợp kim nam châm cứng Hợp kim nguyên tố Al-Ni-Fe, gọi alni, chúng có lượng từ lớn Coban Silic thêm vào hợp kim nhằm cải thiện tính chất từ tính Thêm Si vào hợp kim alni tạo thành alnisi, thêm coban tạo thành alnico, alnico với lượng coban tối đa tạo thành magnico Tính chất từ tính vật liệu từ cứng phụ thuộc vào kết cấu tinh thể kết cấu từ Trong tất vật liệu từ cứng, tính chất từ tính tốt đạt với mức độ méo lớn lưới tinh thể Với lượng từ giống nhau, nam châm magnico nhẹ nam châm alni lần nhẹ nam châm làm từ thép crôm đơn giản gấp 22 lần Hợp kim alni, alnico, magnico có khuyết điểm giòn cứng gia công khí Những sản phẩm đúc thành hình dạng hoàn chỉnh cách mài mòn Nam châm bột Vì đạt yêu cầu chặt chẽ dung sai(những chi tiết có kích cỡ đặc biệt nhỏ) từ hợp kim đúc Fe-Ni-Al tạo nên từ kỹ thuật luyện kim bột Nó cho phép sản xuất nam châm vĩnh cửu có chất kết dính Nam châm có chất kết dính gọi nam châm gốm kim loại loại thứ hai chất kết dính gọi nam châm nhựa kim loại Qui trình thực sản xuất luyện kim bột, liên kết bột lại, bao gồm hợp kim từ cứng bị nghiền phân tán nhuyễn, sau thiêu kết mẫu vật nhiệt độ cao theo cách tương tự với trình nung gốm Kỹ thuật giúp cho việc sản suất mẫu kích cỡ nhỏ đủ xác theo kích thước mà đòi hỏi xử lý nhiệt cao Việc sản suất nam châm nhựa kim loại tương tự, kỹ thuật nhựa kim loại làm cho chế tạo nam châm gia cường Bảng - : Tính chất bột nam châm Thành phần hoá học hợp kim %(còn lại Fe) Br, HC, (T) (kA/m) Gốm kim loại, magnico 8Al; 15Ni; 24Co; 3Cu 50 0,47 11,7 Nhựa kim loại, hợp kim 15Al; 24Ni; 4Cu 0,3 38 0,28 1,62 Loại vật liệu Kcon Wmax (kJ/m3) Ferit nam châm cứng Bao gồm ferit bari, côban vài loại khác, phổ biến ferit bari BaO.6Fe 2O3 Kỹ thuật chế tạo loại nam châm tương tự kỹ thuật chế tạo sản phẩm ferit từ mềm Các nam châm Bari làm thành dạng đĩa mỏng, chúng cho tính ổn định cao từ trường đề kháng tốt với rung sốc Mật độ ferit bari 4,4 đến 4,9 g/cm Điện trở suất cao gấp hàng triệu lần so với hợp kim từ cứng Nó dùng cho công việc tần số cao Nhược điểm dòn, tính từ phụ thuộc vào nhiệt độ Băng từ hợp kim biến dạng dẻo cxxxi Các thép nam châm cứng hợp kim sử dụng để chế tạo băng từ chép băng ghi âm thanh, dây kim loại, băng lưỡng kim bao gồm kim loại lớp hợp kim(tấm chắn âm thanh) đặt kim loại hợp kim kéo thành băng hay sợi kim loại Nó tạo băng chất dẻo băng xenlulô giống bột đặt bề mặt chúng hay đưa vào số lớn băng chất độn từ 7.2.3 Những vật liệu từ đặc biệt Các sắt từ sử dụng đặc biệt Nhóm vật liệu có ứng dụng đặc biệt tích chất đặc trưng từ chúng Chúng chia thành nhóm Những hợp kim thể biến đổi không đáng kể độ thấm từ biến đổi cường độ trường Những hợp kim mà độ từ thẩm phụ thuộc vào nhiệt độ Những hợp kim có tượng từ giảo cao Những hợp kim thể cảm ứng bão hoà cực cao Ferit Là gốm sắt từ nam châm gốm, có tính dẫn điện thấp, điện trở suất không chịu ảnh hưởng dòng xoáy tần số cao Do ferit gốm nên chúng sản suất kỹ thuật luyện kim bột Như đề cập trước ferit cứng, giòn gia công khí Người ta chia thành loại sau: - Ferit nam châm mềm: Có số điện môi tương đối cao tuỳ thuộc vào hỗn hợp ferit tần số Nó ứng dụng lãnh vực tần số âm thanh, siêu âm tần số vô tuyến thấp Ferit với vòng trễ hình chữ nhật: Được ứng dụng để chế tạo số chi tiết thiết bị chuyển mạch, nhớ máy vi tính tốc độ cao Ferit từ giảo: Được dùng ứng dụng tần số cao Ferit tần số siêu cao: Dùng công nghệ nguyên tử Chất điện môi từ Là nhiều loại vật liệu từ, chúng sử dụng cho ứng dụng tần số cao chúng có điện trở suất lớn Chất điện môi- từ mô tả độ thấm từ hiệu quả, độ thấm từ phải luôn thấp độ thấm từ sắt từ mà tạo thành vật liệu chất điện môi từ cho Do hai nguyên nhân: chất kết dính dùng vật liệu không nhiễm từ việc đo độ từ thẩm thường thực lõi sắt 7.3 MẠCH TỪ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH TỪ Mạch từ gồm lõi sắt từ có hay khe hở không khí từ thông đóng kín qua chúng Việc sử dụng vật liệu sắt từ nhằm mục đích thu từ trở cực tiểu, từ trở này, sức từ động cần thiết để đảm bảo cảm ứng từ hay từ thông mong muốn có giá trị nhỏ cxxxii Mạch từ đơn giản bao gồm lõi cuộn dây hình xuyến (Hình - ) Người ta dùng mạch từ nối, nối tiếp hay rẽ nhánh mà đoạn thực vật liệu khác hay vật liệu chất Tính toán mạch từ xác định sức từ động theo giá trị từ thông cho, kích thước mạch chất vật liệu dùng Hình - : Cuộn dây hình xuyến Để thực điều này, mạch từ chia nhỏ thành đoạn l 1,l2, có tiết diện toàn chiều dài nó, tức phải chịu từ trường giống hệt Kế tiếp, ta xác định cảm ứng từ B =Φ/S đoạn ta tìm cường độ tương ứng từ trường theo đường cong từ hoá tự nhiên (Hình - ) Hình - : (a): Các chu trình từ trễ đường cong tự hoá tự nhiên A’3 A’2 A’1 A1 A2 A3 (b): Vòng từ trễ (mắc từ trễ) giá trị giới hạn khác lực từ Cường độ từ trường khe hở hay vật liệu không từ tính nhờ công thức : H0 = B0/μ0 Ở H0 - xác định bằng[A/m] B0 – Tesla hay H0 = μoB0, H0 xác định A/cm B0 Gauss Theo lý thuyết Ampe, tổng số từ áp tất đoạn mạch với dòng tổng H1l1+ H2l2+H0l0+ = Iω cxxxiii 7.4 NAM CHÂM ĐIỆN Khi lõi thép đặt cuộn dây có dòng điện chaỵ qua (mạch từ hở) lõi thép trở thành nam châm hút, tác động lực điện từ bên cuộn dây Do vậy, nam châm điện thiết bị gồm có cuộn dây từ hoá mạch từ phần động gọi nêm từ, kéo phần mạch từ với lực cho công thức gần sau đây: F≈ 4.105.B2.S Ở đây, F lực xác định N, cảm ứng từ B tính T điện tích cực S, tính m2 Trong trường hợp mạch từ nam châm điện làm việc trạng thái không bão hoà, biến đổi dòng điện cho phép làm thay đổi cảm ứng từ làm biến đổi lực kéo F nam châm điện Nam châm điện dùng rộng rãi, ví dụ để cố định chi tiết gia công máy công cụ, ATM điện, Relay, cấu phanh a b Hình - : Mạch từ nam châm điện: a – Mạch từ hở b – Mạch từ kín Bài tập ví dụ : Xác định lực kéo F nam châm điện, cảm ứng B= 1,2T tiết diện cực 200 cm2(0,02m2) Bài giải : Lực kéo : F≈ 4.105.B2.S = 4.105.1,22.0,02 =1,15.104N cxxxiv [...]... - Điện dẫn điện tử: thành phần của loại điện dẫn này chỉ là các điện tử tự do chứa trong điện môi - Điện dẫn ion: thành phần của loại điện dẫn này là các ion dương và âm.Các ion sẽ chuyển động đến điện cực khi có điện trường tác động, tại điện cực các ion sẽ trung hoà về điện và tích luỹ dần trên bề mặt điện cực giống như quá trình điện phân.Vì vậy, nó còn được gọi là điện dẫn điện phân - Điện dẫn điện. .. hai điện cực song song (cm) L: khoảng cách giữa hai điện cực(cm) 2.2.5 Điện dẫn suất khối γV và điện dẫn suất mặt γS Điện dẫn suất khối γV và điện dẫn suất mặt γS của mẫu vật liệu bằng nghịch đảo của điện trở suất khối và điện trở suất mặt của mẫu vật liệu đó γV = 1 ;[1/ Ω.cm] ρV (2 - ) γS = 1 ;[1 / Ω] ρS (2 - ) Điện dẫn toàn phần tương ứng với điện trở cách điện R cđ của điệm môi rắn bằng tổng các điện. .. công suất nguồn hạn chế, để duy trì dòng điện phóng điện, điện áp sẽ không tăng mà giảm tới điện áp tự duy trì(UTDT) 2.3.2 Điện dẫn của điện môi lỏng Trong điện môi lỏng tồn tại hai loại điện dẫn đó là điện dẫn ion và điện dẫn điện di 1 Điện dẫn ion của điện môi lỏng Trong điện môi lỏng các điện tích tự do xuất hiện không chỉ do ion hoá tự nhiên mà còn do quá trình phân ly các phân tử của chính bản... thành một tụ điện với điện dung là C, điện tích của tụ điện có trị số tỷ lệ với điện áp đặt lên tụ điện và được tính bởi công thức sau: Q = CU (2 - ) Trong đó: C; U- điện dung, điện áp của tụ điện Điện tích Q bao gồm hai thành phần: Q0-là điện tích có ở điện cực nếu như giữa các điện cực là chân không và Q’ -điện tích tạo nên bởi sự phân cực của điện môi Q = Qo + Q ' (2 - ) 2.4.2 Hằng số điện môi (ε)... số vật liệu cách điện Vật liệu Εδ 0 tgδ 0 0 ε.tgδ 100 C 200 C 100 C 200 C 100 C 2000C Sứ 8,0 50 0,29 2,9 2,32 145 Xteatit 6,5 12 0,08 1,4 0,52 17 Thạch anh 3,2 3,3 0,001 0,018 0,003 0,06 xviii 0 0 CHƯƠNG 3: TỔN HAO ĐIỆN MÔI VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÔI 3.1 KHÁI NIỆM VỀ TỔN HAO ĐIỆN MÔI Khi điện môi đặt trong điện trường, trong điện môi xảy ra quá trình dịch chuyển các điện tích tự do và điện. .. chất được tích điện tồn tại trong điện môi, chúng được tạo nên bởi ma sát trong quá trình chuyển động nhiệt 2.2.3 Điện trở của điện môi Điện trở của điện môi được xác định bằng định luật Ohm Nếu là điện áp một chiều thì dòng điện trong điện môi chủ yếu là dòng điện rò Irò Khi đó: I= U ;[ Ω] I rò (2 - ) Nếu điện áp đặt vào là xoay chiều thì điện trở điện môi R đm còn phụ thuộc vào dòng điện chuyển dịch... giữa dòng điện và điện áp trong điện môi lỏng 2 Điện dẫn điện di của điện môi lỏng Điện dẫn điện di còn được gọi là điện dẫn môliôn được tạo ra bởi sự chuyển động có hướng của các phân tử mang điện tích dưới tác dụng của điện trường bên ngoài Điện môi lỏng thường chứa các tạp chất: bọt khí, bụi bẩn dưới tác dụng của điện trường các khối điện tích dương và âm của tạp chất sẽ chuyển động: khối điện tích... phân cực của điện mội (ε) và giá trị tổn hao điện môi(tgδ) 3.2 CÁC DẠNG TỔN HAO XẢY RA TRONG ĐIỆN MÔI Theo đặc điểm và bản chất vật lý có thể chia tổn hao điện môi thành bốn dạng chính 3.2.1 Tổn hao điện môi do dòng điện rò Trong điện môi bao giò cũng chứa các điện tích và điện tử tự do Dưới tác dụng của điện trường E các điện tích kể trên sẽ tham gia vào dòng điện dẫn và dòng điện rò.Trong điện môi rắn... cách điện, phá huỷ độ bền điện của điện môi Trị số điện áp mà ở đó xảy ra đánh thủng điện môi, được gọi là điện áp đánh thủng (U đt),trị số tương ứng của cường độ điện trường là cường độ đánh thủng hay cường độ điện trường cách điện của điện môi(Eđt) E dt = Trong đó: U dt ; [ kV / mm ] h (3- 0) h - chiều dày của điện môi.[mm] Cường độ trường cách điện của điện môi chính là điện áp đánh thủng điện môi... chất điện môi nào khi có tác dụng của một điện trường thì nó cũng gồm hai thành phần I= Ipc +Irò Dưới tác dụng của điện áp một chiều thì sau khi sự phân cực hoàn thành thì trong chất điện môi chỉ còn thành phần dòng điện Irò 2.2.2 Điện dẫn của điện môi Trong vật liệu KTĐ có nhiều loại điện tích tự do khác nhau tham gia vào quá trình dẫn điện Dựa vào thành phần của dòng điện dẫn người ta chia điện dẫn