CHƯƠNG 1 Câu 1. Trình bày cấu tạo nguyên tử, phân tử. Phân biệt chất trung tính và cực tính? Câu 2. Phân loại vật liệu theo lý thuyết phân vùng năng lượng của vật chất? Câu 3.
Cho biết sắt Feα có mạng tinh thể lập phương thể tâm, bán kính nguyên tử 1,24A0, sắt Feγ có mạng tinh thể lập phương diện tâm, bán kính nguyên tử 1,27A0 a. Tính hằng số tinh thể của mỗi mạng tinh thể nói trên? b. Tính mật độ khối của mỗi chất? Câu 4. Cho biết nhôm có tinh thể kiểu mạng lập phương diện tâm với hằng số tinh thể là a=4,04 A0 a.
Tính mật độ khối của tinh thể nhôm? b. Tính mật độ nguyên tử của tinh thể nhôm? Câu 5. Vật liệu A có chiều rộng vùng cấm W nằm trong khoảng từ 1,7V thuộc loại nào sau: a. Chất dẫn điện b.
Chất điện môi Câu 6. Chất bán dẫn là chất có chiều rộng vùng cấm thuộc khoảng nào sau: a. W từ 0 đến 0,2eV b. W từ 3 đến 7 eV c.
W từ 0,2 đến 1,5 eV d. W từ 3 đến 5 eV Câu 7. Vật liệu có độ từ thẩm <1 và không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài thuộc loại nào sau đây: a. Chất thuận từ b.
Chất nghịch từ c. Chất dẫn từ d. Chất kháng từ Câu 8. Chất dẫn từ là những chất có tính chất sau: a.
Là những chất có >1 và không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài b. Là những chất có >1 và phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài c. Là những chất có <1 và phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài d. Là những chất có <1 và không phụ thuộc vào cường độ từ trường bên ngoài 17 Chương 2 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 2.
Khái niệm chung 2. Các quá trình vật lý trong VLDĐ và các tính chất của chúng 2. Các khái niệm cơ bản về chất dẫn điện Dòng điện là sự chuyển dịch có trật tự của các điện tích dưới tác động của điện trường. Dòng điện xuất hiện trong vật chất bị ảnh hưởng bởi điện áp, khi đó dưới tác dụng của lực điện trường sẽ tạo ra các trạng thái chuyển động một cách có trật tự của các điện tích có trong vật chất.
Như vậy điều kiện cần thiết để có dòng điện ở bất kỳ vật chất nào chính là sự tồn tại các điện tích tự do. Nhưng tùy thuộc vào bản chất thiên nhiên của các hạt mang điện có trong vật chất, hiện tượng dẫn điện được quan sát có những sự khác biệt rất khác nhau. Những dạng dẫn điện chủ yếu gồm: - Tính dẫn điện điện tử: Hạt mang điện là những điện tích âm, chính xác hơn là các điện tử. Tính dẫn điện này là đặc tính dẫn điện của kim loại và bán dẫn điện tử.
- Tính dẫn điện ion hay phân li: Hạt mang điện là những ion, có thể là các điện tích dương hoặc âm của phân tử hay nguyên tử. Sự chuyển dịch của các điện tích dẫn đến hiện tượng điện phân. - Tính dẫn điện điện di (thường thấy ở điện môi lỏng): Vật chất mang điện là những nhóm điện tích của phân tử. Sự tồn tại của dòng điện trong vật chất dẫn đến hiện tượng điện chuyển.
Chất 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 chuyển động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Vật liệu dẫn điện có thể là các vật liệu ở thể rắn, lỏng và trong một số trường hợp đặc biệt có thể là cả ở thể khí. Phân loại vật liệu dẫn điện a.
Phân loại theo trạng thái - Các vật liệu ở thể rắn: Gồm kim loại, hợp kim và một số biến thể của cacbon (than kỹ thuật điện). Kim loại dẫn điện chia làm 2 loại: Loại có điện dẫn cao và loại có điện trở cao. Loại có điện dẫn cao được dùng làm dây dẫn; lõi cáp, cuộn dây của máy biến áp và máy điện, cuộn dây sóng, anot của các đèn phát có công suất lớn… Kim loại, hợp kim có điện trở cao được dùng trong các dụng cụ nung bằng điện trở như đèn thắp sáng, biến trở… - Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng: Gồm kim loại lỏng (nóng chảy) và các dung dịch điện phân (ở nhiệt độ phòng có thể kể thủy ngân Hg). Phân loại theo tính chất - Vật liệu dẫn điện loại 1: Có dòng điện là dòng chuyển dịch của các điện tử tự do (kim loại rắn và lỏng).
- Vật dẫn loại 2: Có dòng điện là dòng chuyển dịch của các điện tích, gồm các ion và điện tử (dung dịch điện phân, axit, kiềm…). Tất cả các chất khí và hơi, kể cả hơi kim loại, nếu cường độ điện trường ngoài thấp sẽ không dẫn điện nhưng nếu cường độ điện trường vượt quá một giới hạn nào đó 18 đủ gây ion hóa quang và ion hóa va chạm thì chất khí đó trở thành vật dẫn có điện dẫn ion và điện tử. Khi bị ion hóa mạnh sẽ có số điện tử và ion dương bằng nhau sinh ra trong một đơn vị thể tích sẽ tạo ra môi trường dẫn điện đặc biệt gọi là plasma. Kim loại được xem như một hệ thống cấu tạo từ các ion dương nằm trong môi trường các điện tử tự do, chúng quyết định nhiều tính chất đặc trưng của kim loại.
Sức hút giữa các ion dương và các điện tử tạo nên tính nguyên khối của kim loại. - Đặt kim loại vào điện trường ngoài, các điện tử chạy theo một hướng tạo ra dòng điện (tính dẫn điện của kim loại). - Khi nung nóng kim loại, dao động nhiệt của các ion dương tăng làm cản trở điện tử chuyển động nên điện trở kim loại tăng. - Sự truyền động năng của các điện tử tự do và các ion dương tạo nên tính dẫn nhiệt của kim loại.
- Các điện tử khi hấp thụ năng lượng ánh sáng sẽ bị kích thích lên mức cao hơn, khi trở về nó phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ. Sự khác nhau giữa 2 mức năng lượng đặc trưng cho tần số ánh sáng phản xạ nên mỗi kim loại có màu riêng (ánh kim). Liên kết kim loại không bị biến đổi khi các nguyên tử (ion dương) dịch chuyển vị trí tương đối với nhau. - Hợp kim là sản phẩm của sự nấu chảy 2 hay nhiều nguyên tố mà nguyên tố chủ yếu là kim loại còn một lượng nhỏ là á kim.
Người ta thay thế kim loại nguyên chất bằng hợp kim vì kim loại có tính dẻo, độ bền thấp, điện trở nhỏ và thay đổi theo nhiệt độ, có hệ số giãn nở nhiệt lớn nên không dùng trong các cơ cấu máy chính xác. Tính chất điện hoá của kim loại Các kim loại nằm ở phần bên trái của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học của Mendeleep, chính xác hơn là bên trái của đường chéo đi từ nguyên tố Be (berylium) số 4 đến nguyên tố At (astatin) số 85. Theo cấu trúc hoá học, kim loại được định nghĩa là các nguyên tố có ít hơn 4 điện tử hoá trị. Các điện tử này dễ dàng bị nhường để tạo thành lớp ổn định với 8 điện tử ở lớp ngoài cùng.
Theo bảng hệ thống tuần hoàn chúng ta có thể phân biệt các nhóm kim loại điển hình. + Nhóm kim loại kiềm (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) mà lớp s chỉ có 1 điện tử. Nguyên tử dễ dàng nhường điện tử này để trở thành ion dương. + Nhóm kim loại kiềm thổ (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), lớp s chỉ có 2 điện tử.
+ Nhóm III gồm các kim loại B, Al, Ga, In, Ti trong đó nguyên tố đầu tiên không được coi là kim loại vì nó khó nhường điện tử và có thể liên kết với các nguyên tố khác theo dạng liên kết đồng hoá trị. + Trong nhóm IV gồm các nguyên tố có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng chỉ có Sn và Pb được coi là kim loại. Các điện tử ở quỹ đạo ngoài cùng của nguyên tử có ảnh hưởng nhiều nhất đến tính chất của mỗi chất, trong đó phải kể đến tính dẫn điện, dẫn nhiệt và tính dẻo. Các kim loại có độ hoạt động hoá học mạnh là kim loại dễ mất điện tử 2.
Tính chất vật lý của kim loại Nhiệt độ và nhiệt lượng nóng chảy. Nhiệt độ ứng với khi kim loại chuyển từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là nhiệt độ nóng chảy. 19 Nhiệt lượng cần thiết để một đơn vị khối lượng kim loại chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng hoàn toàn trong điều kiện áp suất bình thường gọi là nhiệt lượng nóng chảy (J/kg hay kcal/kg). Nhiệt lượng cần thiết để lμm cho nhiệt độ của một đơn vị khối kim loại tăng lên 1 độ Celcius gọi là nhiệt lượng riêng J/kg.độ hay kcal/kg.
Tính dẫn nhiệt: Tính dẫn nhiệt là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hay khi làm nguội. Nhiệt lượng toả ra trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích thẳng góc với hướng toả nhiệt trên một đơn vị khoảng cách có sự chênh lệch nhiệt độ gọi lμ nhiệt dẫn suất. Nhiệt dẫn suất đo bằng W/m.độ Giãn nở nhiệt: Khi đốt nóng các kim loại nở ra và khi làm nguội nó co lại. Sự giãn nở cần phải được chú ý trong nhiều trường hợp Vẻ sáng của kim loại: Kim loại không trong suốt ngay cả đối với tấm kim loại được cán rất mỏng cũng không thể cho ánh sáng xuyên qua được.
Theo ánh sáng bề ngoài, kim loại được chia thành kim loại đen và kim loại màu. Tính chất hoá học của kim loại Tính chất hoá học biểu thị khả năng của các kim loại chống lại tác dụng của môi trường hoá học. Khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay oxy của không khí ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao gọi là tính chống ăn mòn. Khả năng chống lại sự tác dụng của môi trường axit gọi là tính chịu axit.
Tính chất cơ học của kim loại Độ bền: Khả năng của kim loại chống lại tác dụng của lực bên ngoài mà không bị phá hỏng. Độ đàn hồi: Khả năng của kim loại thay đổi hình dạng dưới tác dụng của lực có khí rồi trở lại như cũ khi bỏ lực tác dụng. Độ dẻo: Là khả năng của kim loại thay biến dạng dưới tác dụng của lực cơ khí mà không bị phá hỏng , đồng thời vẫn giữ được hình dạng khi bỏ lực tác dụng. Các kim loại dẫn điện thường được chia thành hai loại: Loại có điện dẫn cao và loại có điện trở cao.
Loại có điện dẫn cao (Cu, Al.