Vat lieu dien hệ TCN đỗ minh hoàng

Chương I: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN §1.1 PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN I/ Khái niệm: Vật liệu dẫn điện là dạng vật chất ở trạng thái bình thường có chứa nhiều các điện tử tự do.. Nếu đặt

Chương I: VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN

§1.1 PHÂN LOẠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN

I/ Khái niệm:

Vật liệu dẫn điện là dạng vật chất ở trạng thái bình thường có chứa nhiều các điện

tử tự do Nếu đặt vật liệu đó vào trong một điện trường, các điện tử tự do c huyển động

có hướng tạo thành dòng điện

Ví dụ: nguyên tử nhôm có 3 điện tử ở lớp ngoài cùng nên lực tương tác giữa hạt nhân và các điện tử ở lớp ngoài cùng yếu Nên các điện tử này có khuyên hướng bức

ra khỏi nguyên tử nhôm, thành các điện tử tự do Nếu đặt nguyên tử này vào trong một điện trường, các điện tử tự do này chuyển động có hướng taọ thành dòng điện

Do dó nhôm là vật dẫn điện

II/ Phân loại:

1/ Phân loại theo trạng thái vật lý: có 3 loại

- Vật dẫn ở thể rắn: bao gồm các kim loại và hợp kim ở thể rắn và một số chất không phải là kim loại như than kỹ thuật điện

- Vật dẫn ở thể lỏng: bao gồm các kim loại và hợp kim ở trạng thái lỏng và các dung dịch điện phân

- Vật dẫn ở thể khí: chất khí chỉ dẫn điện khi cường độ điện trường lớn tạo nên sự ion hoá va chạm và ion hoá quang

2/ Phân loại theo điện trở suất: có 2 loại

- Vật dẫn có điện trở suất nhỏ( hay điện dẫn suất lớn)

Ví dụ: bạc, đồng, vàng, nhôm, các hợp kim đồng( đồng thanh, đồng thau .) Loại này được dùng chủ yếu chế tạo dây dẫn điện, dây cáp, dây quấn máy điện, dây dẫn trong khí cụ điện

- Vật dẫn có điện trở suất lớn( hay điện dẫn suất nhỏ)

Ví dụ: sắt, vonfram và một số các hợp kim

Các vật liệu này dùng làm dây điện trở , biến trở dùng trong lò điện, trong các thiết bị gia nhiệt

3/ Phân loại theo tính dẫn điện: có 3 loại

- Vật dẫn có tính dẫn điện tử bao gồm kim loại, hợp kim và than Khi dòng điện chạy qua không làm biến đổi về mặt hoá học ( vật dẫn loại 1)

- Vật dẫn có tính dẫn ion bao gồm các dung dịch acid, kiềm, muối và một số vật dẫn rắn như iotđuabạc(AgI) Khi dòng điện đi qua gây nên sự biến đổi hoá học (vật dẫn loại2)

- Vật dẫn với tính dẫn điện tử, ion ( vật dẫn loại 3) Khi chất khí dẫn điện, chúng có tính dẫn điện tử, ion

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

Trong đó: R: điện trở ()

l : chiều dài dây dẫn

S: tiết diện dây dẫn

2 Điện trở suất :

- Điện trở suất(đ): là điện trở của dây dẫn có chiều dài 1m và tiết diện

ngang 1mm2 Đơn vị: Ωmm2/m, Ωm, Ωcm

Ta có: 1Ωcm = 104Ωmm2/m = 10-2Ωm

- Điện dẫn suất(): là trị số nghịch đảo của điện trở suất

=



1

Đơn vị: m/Ωmm2 hoặc   1m 1

a Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt độ():

- Điện trở suất của kim loại và nhiều hợp kim phụ thuộc vào nhiệt độ Giá trị

điện trở suất tính theo công thức:

Đối với kim loại tinh khiết ở trạng thái rắn gần bằng nhau( = 0,004 (1/0C))

Trừ các nguyên tố thuộc loại sắt từ như: sắt, coban = 0,006 (1/0C) , niken = 0,0065 (1/0C))

- Ơ gần nhiệt độ không tuyệt đối(00K), kim loại tinh khiết không còn điện trở, chúng thể hiện tính siêu dẫn

b Hệ số thay đổi của điện trở suất theo áp suất(k):

Đối với kim loại khi bị kéo hoặc bị nén điện trở suất của nó thay đổi theo công thức:

  0( 1 k)

Trong đó: “+” ứng với biến dạng kéo

“-” ứng với biến dạng nén

ĩ: ứng suất cơ khí của mẫu, đơn vị KG/mm2

k: hệ số thay đổi điện trở suất theo áp suất

c Anh hưởng của trường từ và của ánh sáng:

Thực nghiệm cho thấy điện trở suất của kim loại thay đổi khi đặt trong một trường

từ hoặc dưới tác dụng của ánh sáng

3 Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động:

- Hiệu điện thế tiếp xúc

Khi cho 2 kim loại A và B khác nhau tiếp xúc nhau, giữa chúng sẽ hình thành một hiệu điện thế UAB

- Sức nhiệt điện động

Khi 2 kim loại A và B được cấu tạo bởi vật liệu khác nhau, tại điểm nối chung của chúng có nhiệt độ t2 và đầu còn lại của cặp nhiệt điện có nhiệt độ t1 sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt điện Độ lớn phụ thuộc vào vật liệu của A và B cũng như sai biệt về nhiệt độ giữa t1 và t2

4 Đặc tính cơ học của vật dẫn:

Đặc tính cơ được đặc trưng bằng giới hạn bền kéo và độ dãn dài tương đối khi đứt(l/l) Anh hưởng của việc ủ dây làm giảm giới hạn bền kéo 1,52 lần và tăng độ dãn dài tương đối khi đứt lên 1520 lần

§1.2 KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

a Cấu tạo nguyên tử của kim loại:

- Vật chất do các nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử gồm có hạt nhân mang điện tích dương ở giữa và các điện tử mang điện tích âm quay xung

B

t2

A

B

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

quanh hạt nhân đó Khối lượng nguyên tử chủ yếu tập trung vào hạt nhân(

vì khối lượng hạt nhân lớn gấp 1840 lần so khối lượng các điện tử)

- Kim loại lớp ngoài cùng thường có một đến hai điện tử, trừ một số nguyên tố như: nhôm(Al) có 3 điện tử, chì(Pb) có 4 điện tử .Các điện tử

dễ dàng tách ra khỏi quỹ đạo của chúng để trở thành điện tử tự do Lúc này nguyên tử trở thành ion dương

Như vậy kim loại có cấu tạo gồm các ion dương và các điện tử tự do chuyển động giữa các ion dương Các điện tử tự do này là nguyên nhân tạo nên tính dẽo dai, tính dẫn điện, dẫn nhiệt và màu sắc của kim loại

b Cấu tạo tinh thể của kim loại:

- Kim loại ở trạng thái rắn có cấu tạo bên trong theo mạng tinh thể, tức là các nguyên tử của nó sắp xếp trong không gian theo một vị trí hình học nhất định

- Các nguyên tử kim loại được biểu diễn bằng những vòng tròn nhỏ nằm

ở các mép của hình lập phươngta gọi là nút mạng Phần nhỏ nhất và đặc trưng cho một loại mạng tinh thể nào đó gọi là ô cơ bản

Trong thực tế kim loại thường có các kiểu mạng sau:

Mạng lập phương thể tâm:

Các nguyên tử kim loại nằm ở đỉnh và chính tâm hình lập phương

Kiểu mạng này gồm có: sắt(Fe), Crôm(Cr), Vonfram(W), Molipden(Mo)

Ô cơ bản mạng lập phương thể tâm

Mạng lập phương thể diện tâm:

Các nguyên tử kim loại nằm ở đỉnh và tâm các mặt hình lập phương Kiểu mạng này gồm: đồng(Cu), Niken(Ni), chì(Pb), bạc(Ag), vàng(Au)

Ô cơ bản mạng lập phương thể tâm diện

Mạng lục phương dày đặc:

Các nguyên tử nằm ở đỉnh hình lục phương, 2 nguyên tử nằm ờ tâm

2 đáy và 3 ion dương nằm ở tâm của 3 khối lăng trụ tam giác cách nhau Kiểu mạng này gồm: kẽm(Zn), Magiê(Mg), Cadimi(Cd)

- Trong thành phần của hợp kim có thể có một lượng nhỏ các nguyên tố á kim (phi kim) như thép là hợp kim của sắt và cacbon

2 Tính chất chung của kim loại và hợp kim:

a Tính chất vật lý:

- Màu sắc:

Tất cả kim loại đều có ánh kim Dựa vào màu sắc bên ngoài kim loại

chia làm 2 loại: kim loại đen và kim loại màu Kim loại đen là các hợp kim của sắt là gang và thép Kim loại màu là các kim loại và hợp kim còn lại, như đồng có màu đỏ nhạt, thiếc có màu trắng, kẽm có màu xám

- Tính dẫn điện:

Kim loại khác nhau có tính dẫn điện khác nhau là do mật độ điện tử tự

do của chúng không giống nhau Kim loại dẫn điện tốt nhất là bạc, sau

đó đến đồng(Cu), vàng(Au), nhôm(Al), sắt(Fe)

- Tính dẫn nhiệt:

Là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị nung nóng hay làm lạnh Kim loại có tính chất dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như càng dễ nguội nhanh Tính dẫn điện, dẫn nhiệt của hợp kim kém các kim loại trong hỗn hợp ban đầu.(do mật độ electron tự do trong hợp kim giảm vì có sự tạo thành liên kết cộng hoá trị)

do mật độ electron tự do trong hợp kim giảmđã làm yếu liên kết kim loại trong hợp kim)

- Tính nhiễm từ:

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

Chỉ có một số kim loại có tính nhiễm từ đó là sắt(Fe), các hợp kim của sắt, Niken và coban(Co) được gọi là chất sắt từ Còn hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễm từ

b Tính chất hoá học:

Tính chất hoá học là khả năng của kim loại và hợp kim chống lại tác dụng hoá học của các môi trường khác nhau Biểu thị ở 2 dạng chủ yếu:

+ Tính chống ăn mòn:

Là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay oxy của không khí ở nhiệt

độ thấp hoặc ở nhiệt độ cao

+ Tính chịu acid:

Là khả năng chống lại tác dụng của môi trường acid

c Tính chất cơ học hay cơ tính:

Là khả năng chống lại của các lực bên ngoài lên kim loại Cơ tính của

kim loại bao gồm: độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ chịu mỏi .Hợp kim thường cứng và giòn hơn các chất trong hỗn hợp ban đầu

d Tính công nghệ:

Là khả năng thực hiện các phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm Tính công nghệ bao gồm: tính cắt gọt, tính hàn, tính rèn, tính đúc, tính nhiệt luyện

§1.3 KIM LOẠI VÀ HỢP KIM CÓ ĐIỆN DẪN SUẤT CAO

I ĐỒNGVÀ HỢP KIM ĐỒNG:

1 ĐỒNG

a Tính chất:

- Đồng là kim loại có màu đỏ nhạt sáng rực

- Dẫn nhiệt và dẫn điện tốt sau bạc(Ag)

- Đồng có độ bền cơ khí lớn, độ dẻo cao, dễ kéo thành sợi hay dát mỏng thành tấm

- Đồng dễ hàn nối, dễ gia công trên máy công cụ

- Trong không khí đồng bị ôxy hoá tạo thành một lớp oxýt đồng(CuO) bám chắc trên bề mặt Lớp oxýt đồng có tác dụng bảo vệ vững chắc cho đồng khỏi bị oxy hoá tiếp Vì vậy, mà đồng có thể làm việc ổn định trong thời tiết xấu

- Khối lượng riêng ở 200C : d = 8,9g/cm3

- Đồng cứng có sức bền cơ khí lớn được dùng để chế tạo đường dây tải điện trên không, thanh góp của thiết bị phân phối và các phiến đồng cho cổ góp máy điện

- Đồng ủ mềm có điện trở suất nhỏ được sử dụng chế tạo dây cáp điện và dây quấn máy điện

2 HỢP KIM ĐỒNG:

a Tính chất chung của hợp kim đồng:

- Hợp kim đồng có sức bền cơ khí lớn, độ cứng cao nên chịu được mài mòn tốt hơn đồng

- Dễ nóng chảy, dễ đúc hơn đồng và có thể đúc các chi tiết có hình dáng phức tạp

- Dễ gia công trên máy công cụ, dễ hàn nối

- Dẫn nhiệt và dẫn điện tốt nhưng kém đồng

Do đó hợp kim đồng được dùng phổ biến trong ngành kỹ thuật điện và nhiều ngành khác

b Phân loại và công dụng:

Trong kỹ thuật điện hợp kim đồng thường được dùng là: đồng thau và đồng thanh

Đồng thau:

 Tính chất:

- Là hợp kim đồng và kẽm Trong đó kẽm không vượt quá 46%

- Khối lượng riêng ở 200C : d = 8,208,73g/cm3

ß.Đồng thanh:

 Tính chất:

- Là hợp kim đồng với một số các nguyên tố khác, các nguyên tố được cho vào để làm tăng thêm độ cứng, sức bền cơ, độ bền hoá và hạ thấp nhiệt độ nóng chảy Các nguyên tố được cho vào là nhôm(Al), thiếc(Sn), kẽm(Zn), chì(Pb), mangan(Mn), cadimi(Cd)

- Khối lượng riêng ở 200C : d = 7,48,9g/cm3

+ Ứng dụng: đồng thanh cadmi được dùng làm các chi tiết dẫn điện theo kiểu tiếp xúc trượt như: thanh dẫn cho các loại phương tiện vận tải bằng điện, các lá góp trong cổ máy điện một chiều, các vành tiếp xúc trượt máy điện

- Đồng thanh cadimi(Cd)-thiếc(Sn):

+ Thành phần là hợp kim đồng với beri(Be) Trong đó beri chiếm 2,25%

+ Loại này có độ bền cơ khí lớn hơn đồng thanh cadmi, nhưng dẫn điện kém hơn, chịu được mài mòn, chịu được tia hồ quang

+ Ứng dụng: đồng thanh beri dùng chế tạo lò xo, cung cong dẫn điện cho chổi than, những tiếp điểm trượt, các má tiếp xúc trong cầu dao, công tắc, ổ ghim

- Đồng thanh grafit:

+ Thành phần: bụi than trộn ép với bụi đồng ở nhiệt độ cao và áp suất cao

+ Loại này chịu được nhiệt độ cao và có khả năng tự bôi trơn rất tốt

+ Dùng chế tạo chổi than

- Hợp kim babit:

+ Thành phần: là hợp kim của đồng(1,56%), chì, thiếc,antimon(Sb)(1017%)

+ Loại này có sức bền cơ khí lớn, dẫn nhiệt tốt, có hệ số ma sát nhỏ và có khả năng giữ dầu bôi trơn nên chịu được mài mòn tốt

+ Babit được dùng chế tạo bạc trượt cho động cơ nhiệt, động cơ điện

II NHÔM VÀ HỢP KIM NHÔM

1 NHÔM:

a Tính chất:

- Nhôm là kim loại màu trắng bạc

- Dẫn nhiệt và dẫn điện khá tốt sau bạc(Ag) và đồng(Cu)

- Nhôm có độ dẻo dai cao, dễ kéo thành sợi hoặc dát mỏng.( có thể dát thành lá mỏng 0,035mm)

- Trong không khí nhôm bị ôxy hoá tạo thành một lớp oxýt nhôm (Al2O3) mỏng ((khoảng 0,001mm) bám chắc trên bề mặt ngăn cách nhôm với không khí Do đó

nhôm không bị ô xy hoá tiếp Lớp oxýt nhôm (Al2O3) này có nhược điểm là dẫn điện kém nên cần hạn chế nối dây dẫn nhôm

- Nhược điểm của nhôm là sức bền cơ khí kém, khó hàn nối hơn đồng

- Khối lượng riêng ở 200C : d = 2,7g/cm3

Nhôm được dùng rộng rải trong kỹ thuật điện như:

- Làm dây dẫn điện trên không( cao thế, trung thế, hạ thế) Để tăng cường sức bền kéo cho dây nhôm người ta cho thêm vào lõi một hoặc nhiều sợi dây thép hợp kim nên gọi là dây AC

- Nhôm làm dây cáp điện, đúc các kẹp để nối dây, các nối phân nhánh dây nhôm, đúc rotor lồng sóc, làm các thanh góp và dây dẫn dùng để quấn máy điện

- Nhôm tinh khiết (<0,05% tạp chất) được dát thành lá mỏng để chế tạo tụ điện

2 HỢP KIM NHÔM:

a Đặc tính chung của hợp kim nhôm:

- Hợp kim nhôm rất nhẹ

- Độ bền và độ cứng caohơn nhôm nhiều lần

- Chống được ăn mòn, chịu được mài mòn khá tốt

b Một số hợp kim nhôm thường dùng:

Duya-ra:

- Thành phần: 94% nhôm, 4% đồng còn lại mangan, magiê, silic

- Duya-ra có độ bền gấp bốn lần nhôm ( gần bằng độ bền của thép)

- Khối lượng riêng ở 200C : d = 2,75g/cm3

- Duya-ra được dùng chủ yếu trong công nghiệp chế tạo máy bay

Silumin:

- Thành phần: 10 ÷ 14% silic còn lại là nhôm

- Hợp kim này có ưu điểm nhẹ, bền dể đúc, dể gia công trên máy công cụ

- Silumin được dùng chủ yếu đúc vỏ máy

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 7,86g/cm3

- Nhiệt độ nóng chảy cao

- Nhược điểm của thép là khả năng chống ăn mòn kém, khi độ ẩm cao thép sẽ bị gỉ nhanh, khi nhiệt độ cao tốc độ ăn mòn tăng mạnh.Vì vậy bề mặt dây thép thường được mạ kẽm để cho thép khỏi bị gỉ sét

d Ứng dụng:

- Thép dùng làm vật liệu dẫn điện dưới dạng thanh dẫn, đường ray tàu điện, đường sắt chạy điện, tàu điện ngầm .Dùng làm lõi cho dây nhôm

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

- Để giảm chi phí kim loại màu trong kết cấu vật dẫn có thể sử dụng vật lưỡng kim,

đó là thép có bọc đồng ở mặt ngoài Dây lưỡng kim được dùng làm đường dây thông tin tải điện ., thanh cái thiết bị phân phối, thanh trụ của cầu dao

- Thép được dùng chế tạo cột điện cao thế, thanh đỡ, xà, dây chống sét, dây chằng cột điện

2 Gang:

a Khái niệm:

Gang là hợp kim chủ yếu của sắt và cacbon Trong đó hàm lượng cacbon từ 2,14% đến 6,67% Ngoài ra còn có một số các nguyên tố khác như: lưu huỳnh, phốt pho, mangan, silic

b Tính chất:

- Gang cứng và giòn, có nhiệt độ nóng chảy thấp, dễ đúc

- Nhiệt độ nóng chảy: tnc = 110013000C

- Gang có tính dẫn từ, tính hàn nối, tính nhiệt luyện

a Phân loại và công dụng:

 Gang xám:

- Thành phần: sắt, cacbon từ 3 3,8%, silic từ 0,53%, mangan 0,30,8%, ngoài ra còn có photpho, lưu huỳnh

- Dùng trong cơ khí để đúc các chi tiết như: vỏ máy, nắp máy

trong kỹ thuật điện dùng làm biến trở điều chỉnh, khởi động khi

 Gang trắng: là loại gang mà hàm lượng cacbon trong gang tồn tại

dưới dạng tinh thểxenmentit(Fe3C) Mặt gãy của gang có màu trắng nên gọi là gang trắng So với gang xám, gang trắng rất cứng và giòn

 Gang cầu: là loại gang có tổ chức như gang xám, nhưng graphit có

dạng thu nhỏ thành hình cầu Gang cầu có độ bền cao hơn gang xám Trong kỹ thuật cơ khí dùng để đúc các chi tiết máy trung bình và lớn, chịu va đập như các loại trục khuỷu, trục cán

 Gang dẻo: là loại gang được chế tạo từ gang trắng bằng phương

pháp nhiệt luyện(ủ) Gang dẻo có độ bền cao, độ dẻo dai lớn Thường dùng trong cơ khí chế tạo các chi tiết phức tạp

V CHÌ(Pb):

1- Tính chất:

- Chì là kim loại có màu xám tro hơi ngã màu xanh da trời

- Chì rất mềm Trong không khí chì bị ôxy hoá tạo thành lớp oxýt chì(PbO) Lớp này có tác dụng như một màng bảo vệ để chì không bị oxy hoá tiếp

- Chì bền vững với dung dịch H2SO4, HCl,NH3, xút, nhưng hoà tan trong dung dịch HNO3 hay axít acêtic Muối chì rất độc hại cho cơ thể con người

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 11,34g/cm3

VI BẠC(Ag)

1 Tính chất:

- Bạc là kim loại có màu trắng và chiếu sáng

- Trong không khí nó không bị ôxy hoá Ơ nhiệt độ cao từ 1400÷16000C

nó bay hơi, hơi có màu xanh lơ da trời

- Bạc dẫn điện, dẫn nhiệt tốt nhất trong tất cả các kim loại

- Bạc rất mềm dẻo, dễ kéo sợi, dễ dát mỏng Người ta có thể chế tạo thành các lá bạc có chiều dày 0,00025÷0,00001mm

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 10,5g/cm3

- Làm dây dẫn dùng trong tần số cao do có hệ số giản nở nhiệt bé, làm dây chảy cầu chì với dòng điện bé và làm các khung cho tụ điện

- Xi(mạ) lên một số chi tiết để chống gỉ sét, dùng để tráng gương

- Làm đồ trang sức

VII THIẾC(Sn)

1 Tính chất:

- Thiếc là kim loại có màu trắng bạc, rực sáng

- Trong không khí bề mặt của thiếcbị oxy hoá rất chậm tạo thành một lớp oxýt rất mỏng, có tác dụng bảo vệ để thiếc không bị oxy hoá tiếp

- Thiếc không bị tác dụng bởi acid và kiềm, trừ khi các chất này ở trạng thái đậm đặc và được nung nóng

- Ơ nhiệt độ thường, thiếc rất mềm dẻo, dễ uốn, dễ kéo sợi hay dát mỏng Người ta có thể dát dát mỏng thành các lá có chiều dày 0,006mm

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 7,3g/Cm3

- Làm dây chảy cầu chì

- Dát thành lá mỏng chế tạo tụ điện giấy hay mica

- Tráng lên kim loại khác để chống gỉ sét Tẩm thiếc lên dây dẫn đồng khi bọc cách điện cao su.( Để cản trở phản ứng xảy ra giữa đồng và lưu huỳnh trong cao su)

VIII KẼM(Zn)

1 Tính chất:

- Kẽm là kim loại có màu xám tro hơi ngã màu trắng

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

- Trong không khí kẽm bị ôxy hoá tạo thành một lớp oxýt kẽm có màu mờ đục Sau đó lớp oxýt kẽm chuyển thành kẽm cacbonat Lớp này có tác dụng bảo vệ kẽm khỏi bị ăn mòn

- Ở nhiệt độ thường kẽm khó dát mỏng, nếu nung ở nhiệt độ 100÷1500C thì dễ dát mỏng, dễ kéo sợi, ở nhiệt độ 200÷2500C kẽm trở nên giòn

- Kẽm có sức bền kéo kém và giảm nhanh khi nhiệt độ tăng cao nên không được làm dây dẫn điện

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 7,14g/cm3

- Chế tạo dây hợp kim nhôm- kẽm

- Chế tạo dây lưỡng kim kẽm- sắt

- Làm cực âm cho pin

- Các lá kẽm dùng làm cầu chì nóng chảy( cầu chảy)

IX Than kỹ thuật điện

- Điện cực than và các sản phẩm bằng than khác có hệ số nhiệt điện trở suất âm.(điện trở suất giảm khi nhiệt độ tăng)

3- Công dụng: Dùng sản xuất chổi than máy điện, các điện cực đèn chiếu, điện

cực các lò điện và các bể điện phân, cực dương của pin

§1.4 KIM LOẠI VÀ HỢP KIM CÓ ĐIỆN DẪN SUẤT THẤP

I VONFRAM(W) hay tungsten

1 Tính chất:

- Vonfram là kim loại rất cứng, có màu tro chiếu sáng

- Nhiệt độ thường nó không bị oxy hoá Nhưng ở nhiệt độ lớn hơn 7000C

nó bắt đầu oxy hoá tạo nên một lớp oxýt màu trắng và dần dần trở nên màu vàng (WO3)

- Ơ nhiệt độ cao, vonfram phản ứng với các oxýt cacbon, nitơ, hơi nước và hydrocacbon Vonfram không tan trong axit

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 19,32g/cm3

- Điện trở suất ở 200C: đ = 0,05mm2/m

- Nhiệt độ nóng chảy: tnc = 33800C

- Sức bền đứt khi kéo: ĩđ = 350KG/mm2

2 Công dụng:

- Do có nhiệt độ nóng chảy cao nên vonfram dùng chế tạo sợi tóc các loại

bóng đèn, dây điện trở phát nóng cho lò điện

- Chế tạo tiếp điểm

- Do có độ cứng cao nên dùng làm dao cắt gọt kim loại

II NIKEN(Ni) hay kền

1 Tính chất:

- Niken là kim loại có màu trắng- xám tro, rực sáng

- Nó không bị ôxy hoá trong không khí Bền vững với các dung dịch kiềm, acid loãng, acid đậm đặc tác dụng với Niken tạo thành muối rất độc.(đặc biệt là với acid nitric)

- Niken có độ bền lớn, độ dẻo dai cao, dễ kéo sợi, dát mỏng khi nóng và nguội

- Khối lượng riêng ở 200C: d = 8,9g/Cm3

- Xi(mạ) các chi tiết bằng thép để chống gỉ sét

- Chế tạo bản cực của ac-quy

III/ HỢP KIM DÙNG LÀM ĐIỆN TRỞ:

1- Hợp kim dùng làm điện trở chính xác và biến trở công suất:

a Manganlin:

- Thành phần: 86% đồng, 2%Niken, 12%Mangan

- Loại này có màu cafe đỏ

- Dễ dát thành tấm hay kéo thành sợi mãnh

- Dễ hàn dính

- Có độ ổn định giá trị điện trở theo nhiệt độ cao

- Manganlin dùng làm điện trở mẫu khi nhiệt độ nhỏ hơn 600C và làm

biến trở khi nhiệt độ làm việc đến 3000C

- Dễ hàn dính, dễ kéo thành sợi mãnh hay dát mỏng

- Có hệ số nhiệt điện trở nhỏ và có giá trị âm

- Constantan được dùng làm biến trở nung nóng khi nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 4500C

- Constantan sử dụng thích hợp trong các cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ không quá vài trăm độ

2- Hợp kim dùng làm điện trở nung nóng:

a- Nicrom:

c- Hợp kim trên cơ sở sắt- Crôm- nhôm:

- Thành phần: 10÷30% Crôm, 1÷10% Nhôm, còn lại là sắt

- Có điện trở suất lớn: đ = 1,2÷1,4mm2/m

- Có sức bền đối với oxy hoá ở nhiệt độ cao

- Sức bền đứt khi kéo:

ĩđ = 70÷90KG/mm2

- Cứng và giòn hơn Nicrôm, giá thành rẻ hơn

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN

§2.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN I- Khái niệm:

- Vật liệu cách điện hay còn gọi là chất điện môi là chất dùng để tạo ra cách điện bao quanh những bộ phận dẫn điện trong các thiết bị điện và

để tách rời các bộ phận có điện thế khác nhau Vật liệu cách điện còn dùng làm điện môi trong các tụ điện

- Vật liệu cách điện có điện trở lớn hơn rất nhiều so với vật liệu dẫn điện,

có điện trở suất 105107cm

- Ơ trạng thái bình thường vật liệu cách điện có chứa rất ít các điện tử tự

do Còn lại đa số các điện tích có mối liên kết chặt chẽ với hạt nhân gọi

là những điện tích ràng buộc

II- Phân loại:

1- Phân loại theo trạng thái vật lý: có 3 cách phân loại

2- Phân loại theo thành phần hoá học:

- Chất cách điện hữu cơ: có cấu tạo mạch cacbon

Ví dụ: giấy, cao su, dầu cách điện

- Chất cách điện vô cơ

Ví dụ: Sứ, mica, thuỷ tinh

5- Phân loại theo cấp chịu nhiệt: có 7 cấp

- Cấp Y: Nhiệt độ làm việc cho phép 900C Gồm các vật liệu gốc xenlulo khi chưa được ngâm hoặc tẩm dầu cách địên, sơn cách điện và một số loại nhựa như: PE, PVC, PS

- Cấp A: Nhiệt độ làm việc cho phép 1050C Gồm các loại vật liệu xenlulô khi được ngâm hoặc tẩm dầu cách điện hay sơn cách điện, cao su nhân tạo, nhựa polyeste

- Cấp E: Nhiệt độ làm việc cho phép 1200C Gồm các loại vật liệu là chất dẻo tổng hợp với chất độn hữu cơ chất kết dính là nhựa phenol foocmandehyt, giấy ép hoặc vải ép có nhựa phenol foocmandehyt, nhựa epoxi, nhựa polyamit

- Cấp B: Nhiệt độ làm việc cho phép 1300C Gồm có nhựa polyeste, mica, amiăng, thuỷ tinh có chất độn hữu cơ hoặc chất kết dính là nhựa phenol foocmandehyt, nhựa epoxi

- Cấp F: Nhiệt độ làm việc cho phép 1550C Gồm sợi amiăng, sợi thuỷ tinh có chất kết dính, nhựa polyeste, nhựa epoxi, nhựa silic hữu cơ

- Cấp H: Nhiệt độ làm việc cho phép 1800C Gồm có vật liệu cấp F nhưng chất liên kết là nhựa silic hữu cơ

- Cấp C: Nhiệt độ làm việc cho phép lớn hơn1800C Gồm vật liệu thuần tuý là thuỷ tinh, sứ , mica, polytetraflotilen(còn gọi là teflon)

III/ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN:

1- Dòng điện trong chất cách điện:

- Nếu đặt chất điện môi vào trong điện trường ngoài có chiều không đổi thì:

+ Khi cường độ điện trường nằm trong giới hạn nhất định nào đó thì các điện tử nằm trong một liên kết với hạt nhân chỉ bị biến dạng quỹ đạo và hình thành các lưỡng cực điện Chỉ có một ít các điện tử tự do vượt qua lớp cách điện tạo thành dòng điện rò(IR) Còn đa số các điện tích đều nằm trong các mối liên kết với hạt nhân Dòng điện phân cực chỉ tồn tại trong thời gian quá độ khi đóng hay ngắt điện

+ Khi cường độ điện trường đặt vào lớn đến một giá trị nào đó chất cách điện có thể bị xuyên thủng và trở thành dẫn điện Với chất điện điện môi lỏng và khí sau khi bị xuyên thủng có thể sử dụng lại được, còn chất điện môi rắn thì bị phá hỏng vĩnh viễn không thể sử dụng lại được

tỉ lệ nhỏ hơn

3- Độ bền cơ: là khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác dụng lực cơ

học Gồm có độ bền kéo, bền nén, bền uốn, bền xoắn

4- Độ bền nhiệt: là khả năng giữ được độ bền cơ và độ bền điện trong thời

gian lâu dài khi làm việc ở nhiệt độ cao

5- Độ bền hoá: là khả năng ổn định về mặt hoá học (không bị phân huỷ),

không gây mòn các kim loại và hợp kim tiếp xúc với nó, không gây phản ứng hoá học với các chất acid, kiềm, muối

h

1

2

IR

6- Tuổi thọ:

Sau một thời gian nào đó, các tính chất cơ và điện của vật liệu thay đổi đến mức không thể hoàn thành được chức năng cách điện Khoảng thời gian đó được gọi là tuổi thọ của vật liệu cách điện

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình già hoá là:

- Nhiệt độ làm việc

- Anh hưởng của môi trường

- Các tác động cơ học

7- Tổn hao điện môi:

Là phần năng lượng phát sinh ra trong điện môi, trong một đơn vị thời gian làm cho điện môi nóng lên khi có điện trường bên ngoài tác động

- Khi ở điện áp một chiều trong điện môi không có sự phân cực theo chu

kỳ, do đó năng lượng tiêu hao chỉ do dòng điện rò gây nên

- Khi với điện áp xoay chiều Tổn hao này tỉ lệ với bình phương điện áp,

tỉ lệ với tần số và hệ số tổn hao(tg) Với tg =

§2.2 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THỂ RẮN A- Vật liệu xenlulo và mica:

I Vật liệu xenlulô:

1- Khái niệm:

- Xenlulo (C6H10O5)n là thành phần chính cấu tạo thực vật

- Vật liệu xenlulo là vật liệu được sản xuất từ các loại thực vật như tro, nứa, gỗ, bả mía hoặc động vật như sợi tơ tằm Chúng có những ưu điểm sau: rẻ tiền, độ bền cơ và độ dẽo khá cao, sản suất thuận tiện Song

có nhược điểm là độ bền điện và độ bền nhiệt không cao, độ hút ẩm lớn Những nhược điểm có thể được cải thiện khi đã được tẩm dầu cách điện hay sơn cách điện

- Các loại vật liệu xenlulo thường được dùng trong kỹ thuật điện là gỗ, giấy, vải

2- Gỗ:

a- Đặc điểm:

- Gỗ có ưu điểm dễ gia công, có cường độ cơ giới cao

- Nhược điểm: gỗ dễ hút ẩm, để ngoài mưa nắng dễ cong vênh, mục nát và

có thể cháy được Khi hút ẩm cường độ cách điện giảm Gỗ tươi hay gỗ ngấm nước thì dẫn điện

b- Công dụng:

Trong kỹ thuật điện gỗ được dùng để chế tạo : tay cầm các bộ phận truyền động trong dao cách ly và máy cắt dầu, cán cầu dao điện, giá đỡ, chêm rãnh của máy điện, cột gỗ của đường dây tải điện .(Khi làm đường dây trung thế người ta xử lý bằng cách tẩm dầu cách điện)

3- Giấy:

Ic

GVGD: ĐỖ MINH HOÀNG

- Giấy được sản xuất từ các loại thực vật như tre, nứa, gỗ, bã mía

- Giấy cách điện được sản xuất thành tấm hoặc cuộn Bề dày từ

0,005÷0,12mm

Theo công dụng giấy được chia làm các loại sau:

a Giấy tụ điện:

- Loại giấy này khi đã được tẩm dùng làm điện môi tụ điện giấy

- Cường độ cơ giới cao

- Giấy tụ điện có bề dày 0,005÷0,03mm Được sản xuất thành cuộn có

chiều rộng từ 12 đến 750mmm

- Khối lượng riêng: d = 8÷1,25g/cm3

- Độ bền cách điện: Eđt = 12÷15KV/mm(điện áp xoay chiều)

Eđt = 25÷35KV/mm(điện áp 1 chiều) Khi đã tẩm dầu cách điện

b Giấy cáp:

- Dùng để làm cách điện của cáp điện lực

- Cường độ cơ giới cao

- Giấy cáp có bề dày 0,08÷12mm

- Khối lượng riêng: d = 0,76 ÷ 1,1g/cm3

- Hệ số điện môi khi được tẩm dầu mỏ: = 3,5÷4,3

- Độ bền cách điện: Eđt = 8÷10KV/mm

c Giấy biến thế:

- Dùng cách điện lớp của máy biến áp công suất nhỏ

- Giấy biến thế có bề dày: 0,06÷0,12mm

- Khối lượng riêng: d = 0,8g/cm3

d Giấy tấm:

- Bề dày: 0,12mm

- Khối lượng riêng: 0,5÷0,6g/cm3

- Giấy tấm dùng để sản xuất Hêtinăc, phíp

4 Bìa cactông:

- Được sản xuất từ thực vật như giấy

- Bìa cactông được chế tạo thành cuộn hoặc thành tấm

Bìa cactông được chia làm 2 loại:

+ Loại dùng trong không khí thì cứng và đàn hồi được dùng lót rãnh

máy điện quay, làm khung cuộn dây

+ Loại được ngâm trong dầu thì dày, xốp, mềm Được dùng cách điện

máy biến áp dầu, khi thấm dầu cường độ cách điện tăng

5 Phíp:

- Được chế tạo từ giấy tấm, được xử lý bằng hoá chất dung dịch clorua

kẽm(ZnCl2) nóng và ép ở nhiệt độ cao và áp suất cao

- Phíp có màu đen, nâu, đỏ .Độ bền cơ học cao

- Khối lượng riêng: d = 1,0÷1,5g/cm3

- Điện trở suất: đ ≥ 1013cm

- Độ bền cách điện: E ≥ 1KV/mm

- Phíp được chế tạo thành tấm hoặc ống Nhược điểm của phíp là khi độ

ẩm môi trường xung quanh cao thì các chi tiết bằng phíp dễ bị biến dạng

Khi phíp đã bị thấm ẩm, lượng clorua kẽm còn lại trong phíp sẽ tạo ra điện dẫn điện phân lớn Giảm độ háo nước của phíp có thể tẩm phíp bằng dầu máy biến áp, parafin