VẬT LIỆU ĐIỆN

Chia sẻ: Luong Hung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:128

6
2.476
lượt xem
1.042
download

VẬT LIỆU ĐIỆN

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản suất các thiết bị sử dụng trong lĩnh vực ngành điện. Thường được phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất và công dụng của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu bán dẫn và vật liệu dẫn từ.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: VẬT LIỆU ĐIỆN

  1. V T LI U I N BÀI GI NG V T LI U I N 1
  2. V T LI U I N CHƯƠNG 1 KHÁI NI M V V T LI U I N M c ích chương này nh c l i m t s ki n th c cơ b n ã ư c h c ph thông trung h c c n thi t v c u t o v t ch t trư c khi nghiên c u nh ng v t li u k thu t i n c th . 1.1.KHÁI NI M V V T LI U I N 1.1.1. KHÁI NI M V t li u i n là t t c nh ng ch t li u dùng s n su t các thi t b s d ng trong lĩnh v c ngành i n. Thư ng ư c phân ra các v t li u theo c i m, tính ch t và công d ng c a nó, thư ng là các v t li u d n i n, v t li u cách i n, v t li u bán d n và v t li u d n t . 1.1.2.C U T O NGUYÊN T C A V T LI U Nguyên t là ph n t cơ b n nh t c a v t ch t. M i v t ch t u ư c c u t o t nguyên t và phân t theo mô hình nguyên t c a Bo. Nguyên t ư c c u t o b i h t nhân mang i n tích dương (g m proton p và nơtron n) và các i n t mang i n tích âm (electron, ký hi u là e) chuy n ng xung quanh h t nhân theo m t qu o xác nh. Nguyên t : Là ph n nh nh t c a m t phân t có th tham gia ph n ng hoá h c, nguyên t g m có h t nhân và l p v i n t hình 1.1 - H t nhân : g m có các h t Proton và Nơrton V nguyên t - V h t nhân g m các electron chuy n ng xung quanh h t nhân theo qu o xác nh. Tùy theo m c năng lư ng mà các i n t ư c x p H t nhân Hình 1.1. C u t o nguyên t Thành l p. i u ki n bình thư ng, nguyên t trung hòa v i n, t c là: ∑(+)h t nhân = ∑(-)e Kh i lư ng c a e r t nh : me= 9,1 .10-31 (Kg) qe = 1,601 . 10-19 (C) Do i n t có kh i lư ng r t nh cho nên linh ho t c a t c chuy n ng khá cao. m t nhi t nh t nh, t c chuy n ng c a electron r t cao. N u vì nguyên nhân nào ó m t nguyên t b m t i n t e thì nó tr thành Ion (+), còn n u nguyên t nh n thêm e thì nó tr thành Ion (-). 2
  3. V T LI U I N Quá trình bi n i 1 nguyên t trung hòa tr thành i n t t do hay Ion (+) ư c g i là quá trình Ion hóa. có khái ni m v năng lư ng c a i n t xét trư ng h p ơn gi n c a nguyên th Hydro, nguyên t này ư c c u t o t m t proton và m t i n t e (hình 1.2). Khi i n t chuy n ng trên qu o có bán kính r bao quanh h t nhân, thì gi a h t nhân và i n t e có 2 l c: - e L c hút (l c hư ng tâm): f = q 2 1 2 (1-1) r r f2 = mv 2 và l c ly tâm: (1-2) r Hình 1.2. Mô hình nguyên t H trong ó: m - kh i lư ng c a i n t , v - v n t c dài c a chuy n ng tròn q2 tr ng thái trung hòa, hai l c này bân b ng: f1 = f2 hay mv2 = (1-3) r Năng lư ng c a i n t s b ng: We = T + U ( ng năng T + Th năng U) trong ó: T = mv , U = - q . 2 2 2 r V y We = T + U = q - q = - q hay We = - q 2 2 2 2 (1-4) 2r r 2r 2r Bi u th c trên ch ng t m i i n t c a nguyên t u tương ng v i m t m c năng lư ng nh t nh và di chuy n nó t i qu o xa hơn ph i cung c p năng lư ng cho i n t ,... Năng lư ng c a i n t ph thu c vào bán kính qu o chuy n ng. i n t ngoài cùng có m c năng lư ng th p nh t do ó d b b t ra và tr thành tr ng thái t do. Năng lư ng cung c p cho i nt e nó tr thành tr ng thái t do g i là năng lư ng Ion hóa (Wi). tách m t i n t tr thành tr ng thái t do thì ph i c n m t năng lư ng Wi ≥ We. Khi Wi < We ch kích thích dao ng trong m t kho ng th i gian r t ng n, các nguyên t sau ó l i tr v tr ng thái ban u. 3
  4. V T LI U I N Năng lư ng Ion hóa cung c p cho nguyên t có th là năng lư ng nhi t, năng lư ng i n trư ng ho c do va ch m, năng lư ng tia t ngo i, tia c c tím, phóng x . Ngư c l i v i quá trình Ion hóa là quá trình k t h p: Nguyên t + e → Ion (-). Ion (+) + e → nguyên t , phân t trung hòa. 1.1.3.C U T O PHÂN T C A V T LI U Là ph n nh nh t c a m t ch t tr ng th i t do nó mang y các c i m, tính ch t c a ch t ó, trong phân t các nguyên t liên k t v i nhau b i liên k t hóa h c.V t ch t ư c c u t o t nguyên, phân t ho c ion theo các d ng liên k t dư i ây: 1.1.3.1. Liên k t ng hóa tr Liên k t này c trưng b i s ki n là m t s i n t ã tr thành chung cho các nguyên t tham gia hình thành phân t . L y c u trúc c a phân t clo làm ví d : phân t này g m 2 nguyên t clo và như ã bi t, nguyên t clo có 17 i n t , trong ó 7 i n t l p ngoài cùng ( i n t hoá tr ). Hai nguyên t clo liên k t b n v ng v i nhau b ng cách s d ng chung hai i n t như trên hình 1.3 . L p v ngoài cùng c a m i nguyên t ư c b sung thêm m t i n t c a nguyên t kia. •• •• •• •• • • Cl • + • Cl • ⇒ • Cl • Cl • • • • • •• •• •• •• Hình 1.3. Phân t liên k t ng hoá tr có th là trung tính ho c c c tính. Phân t clo thu c lo i trung tính vì các trung tâm i n tích dương và i n tích dương trùng nhau. Axit clohydric HCl là ví d c a phân t c c tính. Các trung tâm i n tích dương và âm cách nhau m t kho ng và như v y phân t này ư c xem như m t lư ng c c i n. Tùy theo c u trúc các phân t i x ng hay không i x ng mà chia các phân t ra làm hai lo i - Phân t không phân c c là phân t mà tr ng tâm i n tích âm trùng v i tr ng tâm i n tích dương 4
  5. V T LI U I N - Phân t phân c c là phân t mà tâm i n tích âm cách tr ng tâm i n tích dương m t kho ng l c trưng cho s phân c c ngu i ta dùng mô men lư ng c c Pe = q.l Trong ó: q: là i n tích l: có chi u –q n +q và có l n b ng l( kho ng cách gi a tr ng tâm i n tích dương và tr ng tâm i n tích âm) 1.1.3.2. Liên k t Ion Liên k t ion ư c xác l p b i l c hút gi a các Ion (+) và Ion(-). Liên k t này ch x y ra gi a các nguyên t c a các nguyên t hóa h c có tính ch t khác nhau. c trưng cho d ng liên k t kim lo i là liên k t gi a các kim lo i và phi kim t o thành mu i, c th là Halogen và kim lo i ki m g i là mu i Halogen c a kim lo i ki m. Liên k t này khá b n v ng. Do v y nhi t nóng ch y c a các ch t có liên k t Ion r t cao Ví d : liên k t gi a Na và Cl trong mu i NaCl là liên k t ion ( vì Na co 1 electron l p ngoài cùng cho nên d như ng 1 electron t o thành Na+, Cl có 7 electron l p ngoài cùng cho nên d nh n 1 electron t o thành Cl- , hai ion này trái d u s hút nhau và t o thành phân t NaCl, mu i NaCl có tính hút m tnc =8000C, tsôi
  6. V T LI U I N - Tính nguyên kh i ( r n): L c hút gi a các ion âm và các i n t t o nên tính nguyên kh i, kim lo i thư ng d ng m ng tinh th - Tính d o: do s d ch chuy n và trư t lên nhau c a các ion - Do t n t i các i n t t do nên kim lo i thư ng có ánh kim, d n i n và d n nhi t cao. 1.1.3.4. Liên k t VanDecVan: Tương t như liên k t kim lo i nhưng là liên k t y u, do v y nhi t nóng ch y th p (Ví d : paraphin). 1.1.4. NH NG KHUY T T T TRONG C U T O V T R N Th c t các m ng tinh th có k t c u ng u hay không ng u, tuy nhiên trong k thu t ngu i ta thư ng s d ng các nh ng v t liêuh có c u trúc ng u. S phá h y các k t c u u và t o nên các khuy t t t trong v t r n thư ng g p nhi u trong th c t . Nh ng khuy t t t có th ư c t o nên b ng s ng u nhiên hay c ý trong quá trình công ngh ch t o v t li u. Khuy t t t trong v t r n : Là b t kỳ 1 hiên tư ng nào làm cho trư ng tĩnh i n c a m ng tinh th m t tính chu kỳ. Các d ng khuy t t t trong v t r n thư ng là : t p ch t, o n t ng, khe rãnh .... Khuy t t t trong v t d n thư ng t o nh ng tính ch t v t lý c bi t, ư c ng d ng trong k thu t các v t li u và các d ng c khác nhau Ví d : ch t bán d n n –p, các h p kim i n t ..... Các t p ch t L tr ng Tinh th lý tư ng Ch a t p ch t Ch a l tr ng Chèn nguyên t D ch chuy n vào gi a 6
  7. V T LI U I N 1.1.5. LÝ THUY T PHÂN VÙNG NĂNG LƯ NG V T CH T Trên hình 1.5 cho sơ phân b vùng năng lư ng c a v t r n nhi t tuy t i 0oK. M im t i nt u có m t m c năng lư ng nh t nh. Các i n t hóa tr c a l p ngoài cùng nhi t 0oK chúng t p trung l i thành m t vùng, g i là vùng hóa tr hay vùng y (1). Các i n t t do có m c năng lư ng cao hơn t p h p l i thành d i t do g i là vùng t do hay vùng d n (2). Gi a vùng y và vùng t do có m t vùng tr ng g i là vùng c m (3). W 2 Vùng t do (vùng d n) 3 Vùng c m ∆W 1 Vùng y (vùng hoá tr ) Hình 1.5. Sơ phân b vùng năng lư ng c a v t r n 00K m t i n t hóa tr vùng y tr thành tr ng thái t do c n cung c p cho nó m t năng lư ng W vư t qua vùng c m: W ≥ ∆W (∆W: năng lư ng vùng c m). Khi i n t t vùng y vư t qua vùng c m sang vùng t do nó tham gia vào dòng i n d n. T i vùng y s xu t hi n các l tr ng (hình dung như m t i n tích dương) do i n t nh y sang vùng t do t o ra. Các l tr ng liên t c thay i vì khi m t i n t c a m t v trí b t ra t o thành m t l tr ng thì m t i n t c a nguyên t v trí lân c n l i nh y vào l p y l tr ng ó và l i t o ra m t l tr ng m i khác, … c như v y d n n các l tr ng liên t c ư c thay i t o thành nh ng c p “ i n t l ’’ trong v t ch t. Khi có tác ng c a c a i n trư ng các l s chuy n ng theo chi u c a i n trư ng gi ng như các i n tích dương, còn các i n t s chuy n ng theo chi u ngư c l i. C hai chuy n ng này hình thành tính d n i n c a v t ch t. 7
  8. V T LI U I N S lư ng i n t tr thành tr ng thái t do tuỳ theo m c năng lư ng t cao xu ng th p. D a vào lý thuy t phân vùng năng lư ng, ngư i ta chia ra v t li u k thu t i n thành: v t li u d n i n, v t li u cách i n và v t cách i n (ch t i n môi).  i v i v t li u cách i n (hình 1.6c): Vùng d n (2) r t nh . Vùng c m (3) r ng t i m c i u ki n bình thư ng các i n t hoá tr tuy ư c cung c p thêm năng lư ng c a chuy n ng nhi t v n không th di chuy n t i vùng d n (2) tr thành t do. Năng lư ng ∆W c a vùng (3) l n, ∆WC = 1,5 ÷ vài eV Như v y trong i u ki n bình thư ng v t li u có i n d n b ng không (ho c nh không áng k ). W 2 2 2 3 3 3 1 1 1 a) b) c) Hình 1.6 a) V t li u d n i n b) V t li u bán d n c) V t li u cách i n  i v i v t li u bán d n có vùng hoá tr (1) n m sát hơn vùng d n (2) so v i v t li u cách i n (hình 1.6b). Năng lư ng vùng c m (3) l n hơn so v i v t li u cách i n: ∆WBD = 1,2 ÷ 1,5 eV. nên i u ki n bình thư ng m t s i n t hoá tr trong vùng (1) v i s ti p s c c a chuy n ng nhi t ã có th chuy n t i vùng (2) hình thành tính d n i n c a v t li u.  i v i v t li u d n i n (hình 1.6a): có vùng hoá tr (1) n m sát hơn vùng d n (2) so v i v t li u bán d n, v i m c năng lư ng vùng c m: ∆WD < 0,2 eV. Các i n t hoá tr trong vùng (1) có th di chuy n m t cách không i u ki n t i vùng (2) và do ó lo i v t li u này có i n d n r t cao. 8
  9. V T LI U I N  V t li u d n i n t t: ∆W ≈ 0.  V t li u siêu d n: ∆W< 0. Chú ý: V t li u i n không ph i c nh hoàn toàn. Chúng có th chuy n i t v t d n sang bán d n ho c cách i n ho c ngư c l i... tùy thu c vào năng lư ng tác ng gi a chúng hay ph thu c vào i u ki n tác ng c a môi trư ng. i u ki n này có th là v t cách i n nhưng i u ki n khác nó l i tr thành v t d n i n. Ngoài cách phân lo i v t li u nêu trên, d a vào t th m µ ngư i ta còn phân lo i v t li u theo t tính. Nh ng ch t có t th m: µ > 1: g i là v t li u thu n t . µ>1: g i là v t li u d n t . 1.2. PHÂN LO I V T LI U I N 1.2.1. Phân lo i theo kh năng d n i n Trên cơ s gi n năng lư ng ngư i ta phân lo i theo v t li u cách i n ( i n môi ), bán d n và d n i n 1. i n môi: là ch t có vùng c m l n n m c i u ki n bình thư ng s d n i n b ng i n t không x y ra. Các i n t hóa tr tuy ư c cung c p thêm năng lư ng c a chuy n ng nhi t v n không th duy chuy n t i vùng t do tham gia vào dòng i n d n. Chi u r ng vùng c m c a i n môi ∆W n m trong kho ng t 1,5 n vài i n t von ( eV). 2. Bán d n: là ch t có vùng c m h p hơn so v i i n môi, vùng này có th thay i nh tác ng năng lư ng t bên ngoài. Chi u r ng vùng c m ch t bán d n bé (∆W=0,5-1,5eV), do ó nhi t bình thư ng m t s i n t hóa tr vùng y ư c ti p s c c a chuy n ng nhi t có th di chuy n t i vùng t do tham gia vào dòng i n d n. 3. V t d n: là ch t có vùng t do n m sát v i vùng y th m chí có th ch ng lên vùng y (∆W < 0,2eV). V t d n i n có s lư ng i n t t do l n, nhi t bình thư ng các i n t hóa tr trong vùng y có th chuy n sang vùng t do r t d dàng, dư i tác d ng c a l c i n trư ng các i n t này tham gia vào dòng i n d n, chính vì v y v t d n có tính d n i n t t. 1.2.2.Phân lo i theo t tính 9
  10. V T LI U I N Nguyên nhân ch y u c a v t li u gây nên t tính là do các i n tích chuy n ng ng m theo quĩ o kín t o nên nh ng dòng i n vòng. C th hơn ó là do s quay c a các i n t xung quanh tr c c a chúng – spin i n và s quay theo quĩ o c a các i n t trong nguyên t . - Các i n t chuy n ng xung quanh h t nhân t o nên dòng i n cơ b n mà nó ư c c trưng b i mômen t M. Mône t M tính b ng tích c a dòng i n cơ b n v i m t di n tích S ư c gi i h n b i ư ng vi n cơ b n: M = i.S Chi u véc tơ M ư c xác nh theo quy t c v n nút chai . hình 1.7 và theo phương th ng góc v i di n tích S. Mômen t c a v t th là k t qu t ng h p c a t t c các mômen t cơ b n ã nêu trên. - Ngoài các mômen quĩ o ã nêu trên, các i n t này còn quay xung quanh các tr c c a nó, do ó Hình 1.Bi u di n chi u mômen t còn t o nên các mômen g i là mômen Spin. Các spin này óng vai trò quan tr ng trong vi c t hóa v t li u s t t . - Khi nhi t dư i nhi t curri, vi c hình thành các dòng xoay chi u này có th nhìn th y ư c b ng m t thư ng, ư c g i là vùng t tính, vùng này tr nên song song th ng hàng cùng m t hư ng. Như v y v t li u s t t th hi n ch y u s phân c c t hóa t phát khi không có các t trư ng t bên ngoài. - Qúa trình t hóa c a v t li u s t t dư i tác d ng c a t trư ng ngoài d n n làm tăng nh ng khu v c mà mômen t c a nó t o góc nh nh t v i hư ng c a t trư ng, gi m kích c các vùng khác và s p x p th ng hàng các mômen t tính theo hư ng t trư ng bên ngoài. S bão hòa t tính s t ư c khi nào s tăng lên c a khu v c dùng t l i và mômen t tính c a t t c các ph n tinh th nh nh t c t tính hóa tưh sinh tr thành cùng hư ng theo hư ng c a t trư ng Hinh 1.8 Hư ng t hóa khó và d trong ơn tinh th S t 10
  11. V T LI U I N - Khi t hóa d c theo c nh hình kh i, nó m r ng theo hư ng ư ng chéo, nghĩa là co l i theo hư ng t hóa, hi n tư ng ó g i là hi n tư ng t gião. Hình 1.9. ư ng cong t hóa c a v t li u s t t 1- S t c bi t tinh khi t 2- S t tinh khi t (99,98% Fe) 3- S t k thu t tinh khi t (99,92%Fe) 4- Pecmanlôi (78%Ni) 5- S- Niken 6- H p kim S t- Niken (26%Ni) Theo t tính ngư i ta phân v t li u thành ngh c t , thu n t và d n t 1. Ngh ch t : là nh ng ch t có t th m µ < 1 và không ph thu c vào cư ng t trư ng bên ngoài . Lo i này g m có Hy ro, các khí hi m, a s các h p ch t h u cơ, mu i m và các kim lo i như : ng, k m, b c, vàng, th y ngân... 11
  12. V T LI U I N 2. Thu n t : là nh ng ch t có t th m µ >1 và cũng không ph thu c vào cư ng t trư ng bên ngoài. Lo i này g m có oxy, nitơ oxit, mu i s t, các mu i coban và niken, kim lo i ki m, nhôm, b ch kim 3. Ch t d n t : là các ch t có µ >1 và ph thu c vào cư ng t trư ng bên ngoài. Lo i này g m có : s t, niken, coban, và các h p kim c a chúng h p kim crom và mangan ... 1.2.3. Phân lo i theo tr ng thái v t th - V t li u i n theo tr ng thái v t r n - V t li u i n theo tr ng thái v t l ng - V t li u i n theo tr ng thái the khi CÂU H I CHƯƠNG 1 1. Trình bày c u t o nguyên t , phân t , phân bi t ch t trung tính và ch t c c tính ? 2. Trình bày nguyên nhân gây ra nh ng khy t t t trong v t r n ? 3. Phân lo i v t li u theo lý thuy t phân vùng năng lư ng c a v t ch t 4. Tính l c hút hư ng tâm và l c hút ly tâm m t nguyên t bi t me= 9,1 -31 .10 (Kg)qe = 1,601 . 10-19 (C), v = 1,26.105m/s 5. Tính năng lư ng m t nguyên t bi t me= 9,1 .10-31 (Kg), qe = 1,601 . 10-19 (C), v = 1,24.106 m/s 6. Trình bày cách phân lo i v t li u i n ? 12
  13. V T LI U I N CHƯƠNG 2 V T LI U D N I N 2.1. KHÁI NI M VÀ TÍNH CH T C A V T LI U D N I N 2.1.1. Khái ni m v v t li u d n i n V t li u d n i n là v t ch t mà tr ng thái bình thư ng có các i n tích t do. N u t chúng vào trong m t i n trư ng, các i n tích s chuy n ng theo m t hư ng nh t nh c a trư ng và t o thành dòng i n. Ngư i ta g i v t li u có tính d n i n. 1. V t li u có tính d n i n t : là v t ch t mà s ho t ng c a các i n tích không làm bi n i th c th ã t o thành v t li u ó. V t d n có tính d n i n t bao g m nh ng kim lo i tr ng thái r n ho c l ng, h p kim và m t s ch t không ph i kim lo i như than á. Kim lo i và h p kim có tính d n i n t t ư c ch t o thành dây d n i n, như dây cáp, dây qu n d n i n trong các máy i n và khí c i n.... Kim lo i và h p kim có i n tr su t l n (d n i n kém) ư c s d ng trong các khí c i n dùng sư i m, t nóng, chi u sáng, làm bi n tr .... 2. V t li u có tính d n Ion: là nh ng v t ch t mà dòng i n i qua s t o nên s bi n i hóa h c. V t d n có tính d n Ion thông thư ng là các dung d ch: dung d ch axit, dung d ch ki m và các dung d ch mu i. V t li u d n i n có th th r n, l ng và trong m t s i u ki n phù h p có th là th khí ho c hơi. V t li u d n i n th r n g m các kim lo i và h p kim c a chúng (trong m t s trư ng h p có th không ph i là kim lo i ho c h p kim). V t li u d n i n th l ng bao g m các kim lo i l ng và các dung d ch i n phân. Vì kim lo i thư ng nóng ch y nhi t r t cao tr th y ngân 13
  14. V T LI U I N 0 (Hg) có nhi t nóng ch y -39 C do ó trong i u ki n nhi t bình thư ng ch có th dùng v t li u d n i n kim lo i l ng là th y ngân. Các ch t th khí ho c hơi có th tr nên d n i n n u ch u tác ng c a i n trư ng l n. V t li u d n i n ư c phân thành 2 lo i: v t li u có tính d n i n t và v t li u có tính d n Ion. 2.2.2. Tính ch t c a vâtk li u d n i n 2.2.2.1. i n tr R Là quan h gi a hi u i n th không i t lên v t d n và dòng i n ch y qua v t d n ó. i n tr c a dây d n ư c xác nh theo bi u th c: S ρ = R. (2.1) l Trong ó: R- i n tr (Ω) ρ- i n tr su t (Ω mm2/m) S- ti t di n dây d n (mm2) l- Chi u dài dây d n(m) 2.2.2.2. i n d n G i n d n G c a m t dây d n là i lư ng ngh ch o c a i n tr R 1 G= (2.2) R i n d n G ư c tính v i ơn v là (1/Ω) = (S) - Simen 2.2.2.3. i n tr su t ρ Là i n tr c a dây d n có chi u dài là m t ơn v chi u dài và ti t di n là m t ơn v di n tích. Dòng i n i trong v t d n ư c cho b i công th c: i = no.S.vtb.e (2.3) trong ó: no : nhi t ph n t mang i n. S : ti t di n v t d n vtb: t c chuy n ng trung bình c a i n t dư i tác d ng c a i n trư ng E. e : i n tích c a ph n t mang i n. 14
  15. V T LI U I N Thay vtb = uE (u - di chuy n c a ph n t mang i n) vào (2.3), ta ư c d ng t ng quát c a nh lu t ôm: i = no.e.u.E = γE (2.4) v i γ = no.e.u ư c g i là i n d n su t. 2.2.2.4. i n d n su t γ i lư ng ngh ch o c a i n d n su t γ g i là i n tr su t ρ 1 ρ= (2.5) γ V i m t v t d n có ti t di n S và dài l không i thì ρ ư c xác nh b i bi u th c: S ρ = R. (2.6) l R là i n tr dây d n. ơn v c a i n tr su t là Ω mm2/m ho c µΩcm ho c Ωm ho c Ωcm, 1Ωcm = 106 µΩcm = 104 Ωmm2/m = 10-2 Ωm. T (2.4), ta có: l l R = ρ. = (Ω) (2.7) S γS 2.2.3. Các tác nhân môi trư ng nh hư ng n tính d n i n c a v t li u a. nh hư ng c a nhi t : i n tr su t c a a s kim lo i và h p kim u tăng theo nhi t , riêng i n tr su t c a cácbon và c a dung d ch i n phân gi m theo nhi t . Thông thư ng, i n tr su t nhi t s d ng t2 ư c tính toán xu t phát t 0 nhi t t1(t1 thư ng là 20 C) theo công th c: ρ = ρ [ 1+ α(t2 - t1)] (2.8) t2 t1 α - là h s thay i i n tr su t theo nhi t (1/oC). Qua nghiên c u, ngư i ta th y: Các kim lo i tinh khi t thì h s α g n như gi ng nhau và ư c l y b ng: α = 4. 10-3 (1/oC) (2.9) i v i kho ng chênh l ch nhi t (t2 - t1) thì α trung bình là: ρt − ρt α= 2 1 (2.10) ρt ( t 2 − t1) 1 15
  16. V T LI U I N B ng 2.1 ưa ra nhi t nóng ch y, i n tr su t ρ và h s thay i i n tr su t α theo nhi t c a m t s kim lo i hay dùng trong k thu t i n. B ng 2.1 Các c tính v t lý ch y u c a kim lo i ( 200C) dùng trong k thu t i n Nhi t nóng i n tr su t (ρ) Kim lo i H s α (1/0C) ch y (0C) 0 20 C (Ωmm /m)2 Vàng 1063 0,0220 - 0,0240 0,00350 - 0,00398 B c 961 0,0160 - 0,0165 0,00340 - 0,00429 ng 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 K m 420 0,0535 - 0,0630 0,00350 - 0,00419 Niken 1455 0,0614 - 0,1380 0,00440 - 0,00692 S t 1535 0,0918 - 1,1500 0,00450 - 0,00657 Platin 1770 0,0866 - 0,1160 0,00247 - 0,00398 Thi c 232 0,1130 - 0,1430 0,00420 - 0,00465 Chì 327 0,2050 - 0,2220 0,00380 - 0,00480 Th y ngân -39 0,9520 - 0,9590 0,00090 - 0,00099 g n nhi t 00K (nhi t tuy t i), i n tr su t c a kim lo i tinh khi t gi m t ng t, chúng th hi n tính siêu d n. V phương di n lý thuy t, nhi t 00K, kim lo i có i n tr b ng 0. Khi b ch y d o thì i n tr su t c a kim lo i tăng. Nhưng n u ti n hành nung cho nó k t tinh l i thì i n tr su t có th gi m (gi m do tác d ng c a s bi n d ng làm cho k t c u c a kim lo i ư c ch t ch và do s phá hu các màn oxit...). b. nh hư ng c a áp su t: Khi kéo ho c nén (áp su t thay i) thì i n tr su t c a v t d n bi n i theo bi u th c: ρ = ρ0. (1 ± kσ) (2-11) trong ó: ρ0: i n tr su t ban u c a m u. 16
  17. V T LI U I N σ: ng su t cơ khí c a m u. k: h s thay i c a i n tr su t theo áp su t. d u (+) tương ng v i bi n d ng do kéo d u (-) tương ng v i bi n d ng do nén S thay i c a ρ khi kéo ho c nén là do s thay i biên dao ng c a m ng tinh th kim lo i: khi kéo thì ρ tăng, khi nén thì ρ gi m. c. Các y u t nh hư ng khác: - T p ch t phi kim có trong kim lo i cũng có th làm ρ tăng. - Th c nghi m cho th y i n tr su t còn ch u nh hư ng c a trư ng t và nh hư ng c a ánh sáng. 2.2.4. Hi u i n th ti p xúc và s c nhi t ng Khi hai kim lo i khác nhau ti p xúc v i nhau thì gi a chúng có m t hi u i n th g i là hi u i n th ti p xúc. Nguyên nhân phát sinh hi u i n th ti p xúc là do công thoát c a m i kim lo i khác nhau do ó s i n t t do trong các kim lo i (ho c h p kim) không b ng nhau. hình 2.1 A Theo thuy t i n t , hi u i n th ti p xúc gi a hai kim lo i A và B b ng mV KT noA U AB = U B −U A + ln (2-12) e n0 B B T2 Trong ó: UA và UB - i n th ti p T1 xúc c a kim lo i A và B Hình 2.1. Sơ c u t o c p nhi t i n n0A và noB- m t i n t trong kim lo i A và B Hi u i n th ti p xúc c a các c p kim lo i dao ng vài ph n mư i n vài vôn, n u nhi t c a c p b ng nhau, t ng hi u i n th trong m ch kín b ng không. Nhưng khi m t ph n t c a c p có nhi t là T1 còn c p kia là T2 thì trong trư ng h p này s phát sinh s c nhi t i n ng(s.n. . ) U = UAB + UBA KT1 noA KT2 n0 B =U B − U A + ln +U A −UB + ln (2-13) e n0 B e n0 A T ó ta có: K n U= (T1 − T2 ) ln oA = A(T1 − T2 ) (2-14) e n0 B 17
  18. V T LI U I N Bi u th c (2-14) ch ng t s.n. . là hàm s c a hi u nhi t S xu t hi n hi u i n th ti p xúc óng vai trò quan tr ng hi n tư ng ăn mòn i n hóa và ư c úng d ng trong m t s khí c o lư ng, c bi t là ng d ng ch t o các c p nhi t ng u dùng o nhi t . B ng th i n hóa c a các kim lo i so v i Hy rô b ng 2.2 B ng 2.2 B ng th i n hóa c a các kim lo i so v i Hy rô b ng 2.2 Kim lo i Th i n hóa Kim lo i Th i n hóa Vàng +1,500 Thi c - 0,100 B c +0,081 Chì - 0,130 ng +0,345 S t - 0,440 Hy rô +0,000 K m - 0,760 S c nhi t i n ng sinh ra c a hai kim lo i khác nhau khi tiêpa xúc ư c ng d ng ch t o c p nhi t ng u. Gía tr c a s c nhi t i n ng ti p xúc: EAB = 2,87.10-7.θ.ln nA/nB (2-15) Trong ó: EAB s c nhi t i n ng ti p xúc tác d ng gi a2 thanh kim lo i A và B nA và nB sô lư ng i n t t do trong m t ơn v phân kh i (1cm3) c a 2 kim lo i A và B θ Nhi t tuy t i c a ch ti p xúc 2.2.5. H s nhi t dãn n dài c a v t d n kim lo i H s dãn n nhi t theo chi u dài c a v t d n kim lo i: 1 dl -1 α l = TK l = ( ) (2-14) l t dT Trong k thu t c n ph i chú ý n h s αl tính toán h s nhi t c av t d n: αR = αρ - αl (2-15) Gi a các tr s c a h s dãn n dài theo nhi t và nhi t nóng ch y c a kim lo i có quan h v i nhau theo t l nh t nh. Kim lo i có giá tr αl cao nóng ch y nhi t th p, còn lim lo i có h s αl nh s khó nóng ch y b ng 2.2 B ng 2.3 18
  19. V T LI U I N Kim lo i Kh i lư ng Nhi t H s nhi t H s nhi t i n riêng nóng ch y dãn n dài tr su t dài -1 , (g/cm3) 0 C α1.106, -1 αρ. S t 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 Thi c 7,3 232 23 0,0044 K m 7,1 420 31 0.004 Cadmi 8,6 321 30 0,0042 2.2. TÍNH CH T CHUNG C A KIM LO I VÀ H P KIM 2.2.1. T m quan tr ng c a kim lo i c a kim lo i và h p kim n ngày nay, loài ngư i ã bi t ư c trên m t trăm nguyên t hóa h c, t t c các nguyên t ư c chia làm hai lo i : kim lo i và không kim lo i trong dó kim lo i chi m t i 79 nguyên t . Kim lo i ch a nhi u nh t trong v trái t là nhôm 7% sau ó là s t 5% Trong k thu t i n kim lo i và h p kim c a nó là ch t li u không th thi u, nó ư c s d ng ph bi n s n su t các thi t b khí c i n. 2.2.2. Tính ch t c a kim lo i c a kim lo i và h p kim a. Tính ch t lý h c Tính ch t lý h c c a kim lo i và h p kim là v sángm t ngoài, tính ch y loãng, tính dãn dài khi t nóng tính d n nhi t, nhi t dung d n i n, th m t ( tính nhi m t ) - V sáng c a kim lo i: Theo v sáng b ngoài c a kim lo i có th chia thành kim lo i en và kim lo i màu. Kim lo i en là các h p kim c a s t t c là gang và thép, còn kim lo i màu là t t c các kim lo i và h p kim còn l i. Kim lo i không trong su t, ngay c nh ng t m kim lo i ư c cán dát r t m ng cũng không cho ánh sáng xuyên qua nó ư c, tuy v y kim lo i l i có ph n chi u ánh sáng m t ngoài c a nó, m i kim lo i ph n chi u ánh sáng theo m t màu s c ánh sáng riêng mà ta quen g i là màu c a kim lo i, thí d ng có màu , thi c màu tr ng b c, k m màu xám v.v… ôi khi trên m t ngoài c a thép có màu khác nhau như: vàng, xanh, tím nh ng màu ó không ph i là màu c a thép, mà là màu c a m t ngoài thép b ph m t l p oxít, l p này t o 19
  20. V T LI U I N nên do nhi t c t g t nhi t, m i nhi t khác nhau, l p oxít này có màu s c khác nhau. Chính nh s bi n màu c a b m t ngoài c a thépmà ta có th phán oán ư c nhi t t nóng c a thép khi nhi t luy n hay rèn. - Tính nóng ch y: Kim lo i có tính ch y loãng khi t nóng và ông c khi làm ngu i. Nhi t kim ng v i kim lo i chuy n t th c sang th l ng hoàn toàn g i là i m nóng ch y. i m nóng ch y có ý nghĩa r t quan tr ng trong công ngh úc, vì khi úc ta ph i n u ch y loãng kim lo i ra rót vào y khuôn, trong công ngh i m nóng ch y cũng có ý nghĩa quan tr ng. i m nóng ch y c a nhi u h p kim l i khác i m nóng ch y c a t ng kim lo i t o nên h p kim ó. - Tính d n nhi t: là tính ch t truy n nhi t c a kim lo i khi b t nóng ho c làm l nh, kim lo i có tính ch t d n nhi t t t thì càng d t nóng nhanh và ng u, cũng như càng d ngu i nhanh. Các v t có tính d n nhi t kém mu n t nóng hoàn toàn ph i m t nhi u th i gian và n u làm ngu i quá nhanh có th gây nên n t, v . - Tính dãn n nhi t: Ch có m t s kim lo i có tính nhi m t , t c là nó b t hóa sau khi ư c t trong m t t trư ng. S t và h u h t các h p kim c a s t u có tính nhi m t . Niken và Côban cũng có tính nhi m t và ư c g i là ch t s t t . Còn h u h t các kim lo i khác không có tính nhi m t . b. Tính ch t hóa h c Tính ch t hóa h c bi u th kh năng c a kim lo i và h p kim ch ng l i tác d ng hóa h c và các môi trư ng có ho t tính khác nhau. Tính ch t hóa h c c a kim lo i và h p kim bi u th hai d ng: - Tính ch ng ăn mòn: Là kh năng ch ng l i s ăn mòn c a hơi nư c hay oxy c a không khí nhi t thư ng ho c nhi t cao. - Tính ch u axít: là kh năng ch ng l i tác d ng c a môi trư ng axít c. Tính ch t cơ h c δk Thông thư ng c tính cơ ư c c trưng b ng gi i h n b n kéo và giãn n dài tương i khi t ∆l/l. Trên hình 2.2 trình bày hai ư ng cong 1 c a dây d n làm b ng v t d n b kéo: ư ng1 ng v i dây s n xu t b ng cách kéo ngu i, ư ng2 2 ∆l/l ng v i dây ã ư c , nh hư ng c a vi c dây Hình2.2. Quan h gi a ng làm gi m gi i h n b n kéo 1,5 ÷ 2 l n và tăng su t cơ khí kéo dây d n v i giãn n dài tương d i giãn dài tương i khi t lên 15 ÷ 20 l n 20
Đồng bộ tài khoản