Mở đầu Mục tiêu: - Phát biểu đúng chức năng các loại vật liệu dẫn điện, cách điện và vật liệu từ dùng trong lĩnh vực điện tử, - Nhận dạng và xác định được chất lượng các loại vật liệu kể trên. - Trình bày đúng phạm vi ứng dụng của các loại vật liệu kể trên. Vật liệu dẫn điện và cách điện 1. 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 những vật liệu này vào trong một trường điện, các điện tích sẽ chuyễn động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện, người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện. Vật liệu dẫn điện dùng trong lĩnh vực điện tử gồm các kim loại và các hợp kim. Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu dẫn điện là: - Điện trở suất - Hệ số nhiệt - Nhiệt độ nóng chảy - Tỷ trọng Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu dẫn điện thông thường được giới thiệu trong bảng 1.1 dưới đây: Bảng 1.1: Vật liệu dẫn điện Điện Hệ số Nhiệ Tỷ TT Tên vật trở nhiệt t độ trọng Hợp kim Phạm vi Ghi chú liệu suẩt nóng ứng chảy dụng mm t0C 2/m 1 Đồng 0,0175 0,004 1080 8,9 Chủ yếu đỏ hay dùng làm đồng kỹ dây dẫn thuật 7 2 Thau (0,03 - 0,002 900 3,5 Đồng với - Các lá 0,06) kẽm tiếp xúc - Các đầu nối dây 3 Nhôm 0,028 0,0049 660 2,7 - Làm - Bị ôxyt dây dẫn hoá điện nhanh, - Làm lá tạo thành nhôm lớp bảo trong tụ vệ, nên xoay khó hàn, - Làm khó ăn cánh toả mòn nhiệt - Bị hơi - Dùng nước mặn làm tụ ăn mòn điện (tụ hoá) 4 Bạc 960 10,5 - Mạ vỏ ngoài dây dẫn để sử dụng hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 5 Nic ken 0,07 0,006 1450 8,8 - Mạ vỏ Có giá ngoài thành rẻ dây dẫn hơn bạc để sử dụng 8 hiệu ứng mặt ngoài trong lĩnh vực siêu cao tần 6 Thiếc 0,115 0,0012 230 7,3 Hợp chất - Hàn Chất hàn dùng để dây dẫn. dùng để làm chất - Hợp hàn trong hàn gồm: kim thiếc khi lắp - Thiếc và chì có ráp linh 60% nhiệt độ kiện điện - Chì nóng tử 40% chảy thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của từng kim loại thiếc và chì.
7 Chì 0,21 0,004 330 11,4 - Cầu chì Dùng làm bảo vệ chát hàn quá dòng (xem - Dùng phần trong ac trên) qui chì - Vỏ bọc cáp chôn 8 Sắt 0,098 0,0062 1520 7,8 - Dây săt - Dây sắt mạ kem mạ kẽm làm dây giá thành dẫn với hạ hơn tải nhẹ dây đồng - Dây - Dây 9 lưỡng lưỡng kim gồm kim dẫn lõi sắt vỏ điện gần bọc đồng như dây làm dây đồng do dẫn chịu có hiệu lực cơ ứng mặt học lớn ngoài 9 Magani 0,5 0,0000 1200 8,4 Hợp chất Dây điện n 5 gồm: trở - 80% đồng - 12% mangan - 2% nicken 10 Contant 0,5 0,0000 1270 8,9 Hợp chất Dây điện an 05 gồm: trở nung - 60% nóng đồng - 40% nicken - 1% Mangan 11 Niken - 1,1 0,0001 1400 8,2 Hợp chất - Dùng Crôm 5 (nhiệ gồm: làm dây t độ - 67% đốt nóng làm Nicken (dây mỏ việc: - 16% sắt hàn, dây 900) bếp điện, - 15% dây bàn crôm là) - 1,5% mangan 10 1. Vật liệu cách điện Các đặc tính kỹ thuật của vật liệu cách điện: Độ bền về điện là mức điện áp chịu được trên đơn vị bề dày mà không bị đánh thủng. Nhiêt độ chịu được, Hằng số điện môi, Góc tổn hao: tg Tỷ trọng. Các thông số và phạm vi ứng dụng của các vật liệu cách điện thông thường được giới thiệu trong Bảng sau Độ bền t0C TT Tên vật về điện chịu Hằng Góc Tỷ Đặc phạm vi ứng liệu (kV/m đựng số tổn trọng điểm dụng m) điện hao môi 1 Mi ca 50-100 600 6-8 0,000 2,8 Tách - Dùng trong 4 được tụ điện thành - Dùng làm từng vật cách điện mảnh trong thiết bị rất nung nóng mỏng (VD:bàn là) 2 Sứ 20-28 1500- 6-7 0,03 2,5 - Giá đỡ cách 1700 điện cho đường dây dẫn - Dùng trong tụ điện, đế đèn, cốt cuộn dây 3 Thuỷ 20-30 500- 4-10 0,000 2,2-4 tinh 1700 5- 0,001 11 4 Gốm không không 1700- 0,02- 4 - Kích - Dùng trong chịu chịu 4500 0,03 thước tụ điện được được nhỏ điện áp nhiệt nhưng cao độ lớn điện dung lớn 5 Bakêlit 10-40 4-4,6 0,05- 1,2 0,12 6 Êbônit 20-30 50-60 2,7-3 0,01- 1,2-1,4 0,015 7 Pretspa 9-12 100 3-4 0,15 1,6 Dùng làm cốt n biến áp 8 Giấy 20 100 3,5 0,01 1-1,2 Dùng trong tụ làm tụ điện điện 9 Cao su 20 55 3 0,15 1,6 - Làm vỏ bọc dây dẫn - Làm tấm cách điện 10 Lụa 8-60 105 3,8-4,5 0,04- 1,5 Dùng trong cách 0,08 biến áp điện 11 Sáp 20-25 65 2,5 0,000 0,95 Dùng làm 2 chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm 12 Paraphi 20-30 49-55 1,9- Dùng làm n 2,2 chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm 12 13 Nhựa 10-15 60-70 3,5 0,01 1,1 - Dùng làm thông sạch mối hàn - Hỗn hợp paraphin và nhựa thông dùng làm chất tẩm sấy biến áp, động cơ điện để chống ẩm 14 Êpoxi 18-20 1460 3,7-3,9 0,013 1,1-1,2 Hàn gắn các bộ kiện điện- điện tử 15 Các loại Dùng làm plastic chất cách (polyety điện len, polyclo vinin) 1.
Các hạt mang điện và dòng điện trong môi trường 1. Dòng điện trong kim loại Trong kim loại ,các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương các ion dương sắp xếp một cách tuần hoàn trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể , gọi là các electron tự do Sự mất trật tự của mạng tinh thể đã cản trởchuyển động của các electron. Electron chuyển động ngược chiều điện trường dưới tác dụng của lực điện trường. Bản chất dòng điện trong kim loại : Khi không có điện trường ngoài : Các electron tự do chỉ chuyển động nhiệt hỗn loạn 13 Hình 1.1: Dòng điện trong kim loại khi không có điện trường ngoài Vậy : Khi không có điện trường ngoài, trong kim loại không có dòng điện b.
Khi có điện trường ngoài (tức là đặt vào hai đầu vật dẫn một hiệu điện thế) Các electron tự do chịu tác dụng của lực điện trường, chúng có thêm một chuyển động phụ theo một chiều xác định ngược chiều điện trường; đó là chuyển động có hướng của các electron; nghĩa là trong kim loại xuất hiện dòng điện Hình 1.2: Dòng điện trong kim loại khi có điện trường ngoài Khi có điện trường ngoài, trong kim loại sẽ xuất hiện dòng điện Vậy : Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường ngoài.3: Dòng điện trong kim loại dưới tác dụng của điện trường ngoài 1. Dòng điện trong chất điện phân a. Bản chất dòng điện trong chất điện phân Thí nghiệm + Khi chất điện phân là dd H2SO4 và điện cực bằng inox: Hình 1.4: Mô hình thí nghiệm dòng điện trong chất điện phân Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của ion âm và ion dương theo hai chiều ngược nhau 15 - Tại âm cực: 4H+ + 4e → 2H2 ↑ - Tại dương cực: 4(OH)- - 4e → 2H2O + O2 ↑ Kết quả có hidrô và ôxy bay ra ở âm cực và dương cực. Hiện tượng cực dương tan: + Khi chất điện phân là dd CuSO4 và dương cực là đồng (Cu) - Tại dương cực: Cu2+ + SO42- → CuSO4: đi vào dung dịch dương cực bị tan dần -Tại âm cực: Cu2+ + 2e- → Cu : bám vào âm cực âm cực được bồi thêm.
Bản chất dòng điện trong chất điện phân: là dòng chuyển dời có hướng của ion âm ngược chiều điện trường và ion dương theo chiều điện trường. Dòng điện trong chân không a. Bản chất của dòng điện trong chân không Chân không lý tưởng là một môi trường không có một phân tử khí nào. Trong thực tế, khi làm giảm áp suất chất khí trong một ống xuống dưới 10- 4 mmHg, lúc đó phân tử khí có thể chuyển động từ thành nọ đến thành kia của ống mà không va chạm với các phân tử khác thì trong ống được xem là chân không.
Do đó chân không là môi trường không có các hạt tải điện nên cách điện trong điều kiện thường. Muốn tạo ra dòng điện trong chân không phải làm phát sinh các hạt tải điện tự do trong ống chân không. Các kĩ thuật làm phát sinh các hạt electron là phải cung cấp năng lượng ngoài cho các electron ở đầu cực catot để chúng thoát ra khỏi bề mặt kim loại. Tiến hành thí nghiệm dòng điện trong chân không Hình 1.5: Mô hình thí nghiệm dòng điện trong chân không - Tiến hành thí nghiệm và kết quả + Đóng k1, mở k2 : G chỉ số không, chứng tỏ không có dòng điện chạy qua chân không.
Vậy :Chân không là môi trường cách điện tốt. + Mở k1, đóng k2 : K được đốt nóng bởi nguồn E 2, G chỉ số không, qua đó chứng tỏ không có dòng điện qua chân không. + Đóng cả k1 và k2 : Nguồn E 1 mắc như hình vẽ : G chỉ số khác không, chứng tỏ có dòng điện chạy qua chân không. - Đảo cực nguồn E 1 : G chỉ số không, chứng tỏ không có dòng điện chạy qua chân không.
Vậy: Dòng điện chạy qua chân không (nếu có) chỉ theo một chiều từ A đến K. Giải thích + Khi K được đốt nóng bởi nguồn E 2 : sẽ có sự phát xạ nhiệt electron tại K. + Khi chưa có điện trường ngoài (k1 mở) : electron bứt ra khỏi K sẽ tụ tập gần K làm xuất hiện một điện trường hướng từ K (lúc này nhiễm điện dương) ra đám mây electron, có tác dụng kéo electron trở về K, sau một thời gian sẽ xảy ra trạng thái cân bằng động giữa hai quá trình : electron bị phát xạ nhiệt ra khỏi K và electron quay về K; tức là không có sự dịch chuyển có hướng của electron nên không có dòng điện. Khi đặt vào giữa A và K một điện trường : giữa A và K có điện trường tổng hợp Khi hướng từ A về K : 17 Nếu E1 > E2 : có hướng từ A về K nên kéo electron từ K về A sinh ra dòng điện.