Giáo trình Điện cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ) - Trường Cao đẳng nghề Số 20

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Điện cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ) cung cấp cho người đọc những kiến thức như: khái niệm chung về vật liệu điện; vật liệu dẫn điện; vật liệu cách điện; vật liệu từ; dây dẫn điện;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Điện cơ bản (Nghề: Điện tử công nghiệp - CĐ) - Trường Cao đẳng nghề Số 20

QUÂN KHU 3 TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20 ------ GIÁO TRÌNH ĐIỆN CƠ BẢN Nghề đào tạo: Điện tử công nghiệp Trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề LƯU HÀNH NỘI BỘ Biên soạn: Đinh Văn Thắng Năm 2022 1
Lêi nãi ®Çu ! Ngµy nay, nÒn kinh tÕ n-íc ta ®ang ph¸t triÓn m¹nh mÏ, ®êi sèng nh©n d©n còng ®-îc n©ng cao nhanh chãng. Nhu cÇu ®iÖn n¨ng trong c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp, n«ng nghiÖp, dÞch vô vµ sinh ho¹t t¨ng tr-ëng kh«ng ngõng. VÊn ®Ò n¾m b¾t c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ®iÖn ngµy cµng trë nªn thiÕt yÕu. Cuèn "Gi¸o tr×nh §iÖn c¬ b¶n" ®-îc biªn so¹n dµnh cho häc sinh Trung cÊp nghÒ vµ nh÷ng ng-êi muèn tù häc nghÒ ®iÖn. Môc tiªu chung cña gi¸o tr×nh nh»m cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc vµ h×nh thµnh nh÷ng kü n¨ng c¬ b¶n vÒ nghÒ ®iÖn. Gi¸o tr×nh ®-îc chia thµnh 3 phÇn, mçi phÇn gåm 5 ch-¬ng. Trong ®ã mçi phÇn ®Òu -u tiªn dµnh thêi gian cho viÖc h×nh thµnh c¸c kü n¨ng c¬ b¶n trong l¾p ®Æt vµ vËn hµnh m¹ch ®iÖn. Do thêi gian biªn so¹n cã h¹n nªn kh«ng tr¸nh khái nh÷ng thiÕu xãt. KÝnh mong nhËn ®-îc sù gãp ý cña ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc! 2
môc lôc Lêi nãi ®Çu.......................................... PhÇn mét: vËt liÖu ®iÖn Ch-¬ng 1: Kh¸i niÖm chung 1.1. CÊu t¹o vËt chÊt 1.2. Lý thuyÕt ph©n vïng n¨ng l-îng trong vËt r¾n Ch-¬ng 2: VËt liÖu dÉn ®iÖn 2.1. Kh¸i niÖm 2.2. TÝnh chÊt 2.3. Mét sè vËt liÖu dÉn ®iÖn th«ng dông Ch-¬ng 3: VËt liÖu c¸ch ®iÖn 3.1. Kh¸i niÖm 3.2. Ph©n lo¹i 3.3. Mét sè vËt liÖu c¸ch ®iÖn th«ng dông Ch-¬ng 4: VËt liÖu tõ 4.1. Kh¸i niÖm 4.2. Chu tr×nh tõ ho¸ cña vËt liÖu tõ 4.3. Mét sè vËt liÖu tõ th«ng dông Ch-¬ng 5: D©y dÉn ®iÖn 5.1. Ph-¬ng ph¸p ®o, kiÓm tra, tÝnh chän d©y dÉn ®iÖn 5.2. C¸c ph-¬ng ph¸p nèi d©y PhÇn hai: KhÝ cô ®iÖn Ch-¬ng 1: Kh¸i niÖm chung 1.1. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i 1.2. C¸c yªu cÇu ®èi víi khÝ cô ®iÖn 1.3. TiÕp xóc ®iÖn 1.4. Hå quang ®iÖn 3
Ch-¬ng 2: KhÝ cô ®iÖn ®ãng c¾t 2.1. CÇu dao 2.2. Contac 2.3. Aptomat 2.4. Contactor - Khëi ®éng tõ Ch-¬ng 3: KhÝ cô ®iÖn b¶o vÖ 3.1. CÇu ch× 3.2. Role nhiÖt 3.3. Role ®iÖn tõ 3.4. R¬ le dßng ®iÖn Ch-¬ng 4: KhÝ cô ®iÖn ®iÒu khiÓn 4.1. Nót Ên 4.2. Bé khèng chÕ 4.3. Timer Ch-¬ng 5: Sö dông khÝ cô ®iÖn 5.1. L¾p ®Æt m¹ng ®iÖn sinh ho¹t 5.2. L¾p ®Æt m¹ng ®iÖn c«ng nghiÖp PhÇn ba: ThiÕt bÞ ®iÖn gia dông Ch-¬ng 1: ThiÕt bÞ cÊp nhiÖt 1.1. Nguyªn lý chung 1.2. Mét sè thiÕt bÞ cÊp nhiÖt th«ng dông Ch-¬ng 2: M¸y biÕn ¸p 2.1. Kh¸i niÖm 2.2. CÊu t¹o m¸y biÕn ¸p mét phase 2.3. Nguyªn lý lµm viÖc 2.4. C¸c m¸y biÕn ¸p mét phase th«ng dông 2.4.1. M¸y biÕn ¸p c¸ch li 2.4.2 Survolteur 4
2.4.3. æn ¸p 2.5. TÝnh to¸n, thiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p gia dông 2.5.1. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p c¸ch li 2.5.2. TÝnh to¸n m¸y biÕn ¸p tù ngÉu Ch-¬ng 3: §éng c¬ ®iÖn 3.1. CÊu t¹o 3.2. Nguyªn lý lµm viÖc 3.2.1. Nguyªn lý chung 3.2.2. Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ mét phase kiÓu ®iÖn dung 3.2.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña ®éng c¬ mét phase kiÓu vßng ng¾n m¹ch Ch-¬ng 4: ThiÕt bÞ ®iÖn mét chiÒu 4.1. Kh¸i niÖm chung 4.2. Pin, acqui 4.3. M¸y ph¸t ®iÖn mét chiÒu 4.4. §éng c¬ ®iÖn mét chiÒu Ch-¬ng 5: Sö dông vµ söa ch÷a thiÕt bÞ ®iÖn gia dông 5.1. ThiÕt bÞ cÊp nhiÖt 5.2. Qu¹t ®iÖn 5.3. §éng c¬ ®iÖn Tµi liÖu tham kh¶o......................................................................................... 5
Tµi liÖu tham kh¶o: 1. NghÒ §iÖn D©n Dông - NXB Gi¸o dôc 1994 Ph¹m V¨n B×nh, Lª V¨n Doanh, TrÇn Mai Thu 2. VËt liÖu Kü thuËt ®iÖn - NXB Khoa häc vµ Kü thuËt 2001 NguyÔn Xu©n Phó, Hå Xu©n Thanh 3. KhÝ Cô §iÖn - NXB Khoa häc vµ Kü thuËt 2001 NguyÔn Xu©n Phó, T« §»ng 4. Söa ch÷a thiÕt bÞ ®iÖn gia dông – NXB H¶i Phßng. Bïi V¨n Yªn 5. Tù häc quÊn qu¹t vµ ®éng c¬ ®iÖn - NXB Khoa häc vµ Kü thuËt 1997 §ç Ngäc Long 6. Kü thuËt quÊn d©y m¸y biÕn ¸p, ®éng c¬ v¹n n¨ng, ®éng c¬ 1 pha, 3pha - NXB §µ N½ng. T¸c gi¶: TrÇn Duy Phông 7. Söa ch÷a, chÕ t¹o m¸y biÕn ¸p d©n dông vµ c«ng nghiÖp - NXB KH & KT §ç Ngäc Long 8. ThiÕt kÕ cÊp ®iÖn - NXB Khoa häc vµ Kü thuËt 2001 Ng« Hång Quang, Vò V¨ TÈm 6
Ch-¬ng 1: VËt liÖu ®iÖn I. Kh¸i niÖm chung 1. CÊu t¹o vËt chÊt : Trong kü thuËt ®iÖn ®· chØ râ b¶n chÊt cña dßng ®iÖn lµ sù chuyÓn dêi cã h-íng c¸c ®iÖn tÝch trong ®iÖn tr-êng. Do vËy, nghiªn cøu vËt liÖu ®iÖn cÇn ph¶i nghiªn cøu cÊu t¹o cña nã, kh¶o s¸t sù tån t¹i hay kh«ng tån t¹i c¸c ®iÖn tÝch trong vËt liÖu. Trªn c¬ së ®ã, ta cã thÓ ph©n lo¹i ®-îc vËt liÖu ®iÖn, biÕt ®-îc tÝnh chÊt cña vËt liÖu lµ dÉn ®iÖn, c¸ch ®iÖn, dÉn tõ hay b¸n dÉn vµ ®ång thêi ta biÕt ®-îc øng dông cña tõng lo¹i vËt liÖu ®ã trong lÜnh vùc ®iÖn vµ c¸c lÜnh vùc kh¸c. a, CÊu t¹o nguyªn tö: - Kh¸i niÖm: Nguyªn tö lµ phÇn tö c¬ b¶n cña vËt chÊt. Nguyªn tö ®-îc cÊu t¹o bëi h¹t nh©n mang ®iÖn tÝch d-¬ng vµ c¸c ®iÖn tö mang ®iÖn tÝch ©m chuyÓn ®éng trªn c¸c quü ®¹o bao quanh h¹t nh©n. H¹t nh©n cña nguyªn tö gåm c¸c h¹t proton vµ notron. Proton mang ®iÖn tÝch d-¬ng víi sè l-îng ®iÖn tÝch lµ: z x q Trong ®ã: q = 1,6 x 10-19 cul«ng lµ ®iÖn tÝch cña ®iÖn tö. z: lµ sè ®iÖn tö cña nguyªn tö vµ còng lµ sè thø tù cña nguyªn tè cña nguyªn tö trong b¶ng tuÇn hoµn Men®inªep. Nh- vËy, h¹t nh©n mang ®iÖn tÝch d-¬ng chÝnh b»ng sè l-îng ®iÖn tÝch cña proton. §iÖn tö tÝch ®iÖn ©m, khèi l-îng cña ®iÖn tö khi nã ë tr¹ng th¸i tÜnh hay chuyÓn ®éng víi vËn tãc rÊt nhá, víi vËn tèc ¸nh s¸ng cã trÞ sè: M = 9,1 x 10-31 kg - ThÝ nghiÖm cho thÊy r»ng khèi l-îng h¹t nh©n gÊp 1.850 lÇn khèi l-îng cña ®iÖn tö. Khèi l-îng cña nguyªn tö ®-îc tËp trung ë h¹t nh©n. B×nh th-êng nguyªn tö ë tr¹ng th¸i trung hßa vÒ ®iÖn, sè ®iÖn tÝch d-¬ng cña h¹t nh©n b»ng sè ®iÖn tÝch ©m cña c¸c ®iÖn tö trong nguyªn tö. Nguyªn tö bÞ mÊt ®i mét vµi ®iÖn tö 7
th× nã sÏ t¹o thµnh ion d-¬ng. Ng-îc l¹i, nguyªn tö nhËn thªm ®iÖn tö nã sÏ t¹o thµnh ion ©m. - Nguyªn tö cã thÓ mÊt ®i hay nhËn thªm ®iÖn tö lµ khi nguyªn tö bÞ ion hãa hoÆc bÞ kÝch thÝch. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ nguyªn tö cã thÓ nhËn thªm hoÆc cho ®i n¨ng l-îng. - Mçi ®iÖn tö trong nguyªn tö ®Òu t-¬ng øng víi mét møc n¨ng l-îng nhÊt ®Þnh vµ ®Ó di chuyÓn nã tíi quü ®¹o xa h¬n ph¶i cÊp n¨ng l-îng cho ®iÖn tö. - Khi di chuyÓn 1 ®iÖn tö ra khái quü ®¹o víi b¸n kÝnh ra xa v« cïng th× sÏ hao tèn 1 n¨ng l-îng do lùc hót cña h¹t nh©n. - Møc n¨ng l-îng cung cÊp cho ®iÖn tö ®¹t gi¸ trÞ nµo ®ã ®Ó ®iÖn tö cã thÓ t¸ch rêi nguyªn tö trë thµnh ®iÖn tö tù do, ®ång thêi b¶n th©n nguyªn tö ®ã còng biÕn thµnh ion d-¬ng, th× møc n¨ng l-îng ®ã gäi lµ møc n¨ng l-îng ion hãa vµ nguyªn tö ®ã gäi lµ nguyªn tö ion hãa. - N¨ng l-îng ion hãa t-¬ng øng víi c¸c ®iÖn tö ë c¸c quü ®¹o kh¸c nhau trong cïng 1 nguyªn tö còng kh¸c nhau. §iÖn tö ë líp vá ngoµi cïng øng víi møc n¨ng l-îng ion hãa thÊp nhÊt, c¸c ®iÖn tö nµy gäi lµ ®iÖn tö hãa trÞ v× chóng thùc hiÖn liªn kÕt hãa häc víi nguyªn tö cña nguyªn tè kh¸c. Khi ®iÖn tö nhËn ®-îc møc n¨ng l-îng nhá h¬n møc n¨ng l-îng ion hãa, khi ®ã ®iÖn tö sÏ di chuyÓn tíi quü ®¹o xa h¹t nh©n h¬n. Ta nãi nguyªn tö ë tr¹ng th¸i bÞ kÝch thÝch, møc n¨ng l-îng ®ã gäi lµ møc n¨ng l-îng kÝch thÝch. Khi kh«ng cßn bÞ kÝch thÝch nguyªn tö quay vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh, ®iÖn tö sÏ nhanh chãng trë vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh ban ®Çu. KÕt luËn: Kh¶o s¸t cÊu t¹o nguyªn tö cho biÕt sù tån t¹i xuÊt hiÖn hay mÊt ®i cña c¸c ®iÖn tö trong nguyªn tö (kÝch thÝch, ion hãa) ®Ó h×nh thµnh c¸c ion d-¬ng hoÆc ion ©m. §©y lµ yÕu tè c¬ b¶n h×nh thµnh dßng ®iÖn trong vËt liÖu. 8
b, CÊu t¹o vËt chÊt : VËt chÊt ®-îc cÊu t¹o bëi c¸c ph©n tö, nguyªn tö, hoÆc ion theo c¸c d¹ng liªn kÕt sau : - Liªn kÕt ®ång hãa trÞ: Ph©n tö ®-îc t¹o thµnh do c¸c nguyªn tö liªn kÕt víi nhau bëi ®iÖn tö gãp chung. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ mét sè ®iÖn tö t¹o thµnh chung cho c¸c nguyªn tö tham gia liªn kÕt h×nh thµnh ph©n tö. VÝ dô: Ph©n tö Clo ®-îc h×nh thµnh bëi mèi liªn kÕt gi÷a 2 nguyªn tö clo, mçi nguyªn tö Clo cã 17 ®iÖn tö (7 ®iÖn tö hãa trÞ) xÕp thµnh 3 líp (chu kú III), trong ®ã líp ngoµi cïng cã 7 ®iÖn tö (7 ®iÖn tö céng hãa trÞ). Hai nguyªn tö nµy ®-îc liªn kÕt bÒn v÷ng víi nhau b»ng c¸ch cïng sö dông chung 2 ®iÖn tö líp vá ngoµi cïng, mçi nguyªn tö ®-îc bæ sung thªm 1 ®iÖn tö cña nguyªn tö kia: 0 0 0 0 0 0 Cl00 + 0 0 Cl00 0 0 Cl0 0 0 0 Cl00 00 00 00 00 - Liªn kÕt ion: Liªn kÕt nµy ®-îc x¸c lËp bëi lùc hót gi÷a ion ©m vµ ion d-¬ng. VËt r¾n cã cÊu t¹o ion ®-îc ®Æc tr-ng bëi tÝnh chÊt kh¸ bÒn v÷ng vÒ c¬ häc vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y t-¬ng ®èi cao. VÝ dô: Mèi liªn kÕt ion lµ c¸c lo¹i muèi halogen cña kim lo¹i kiÒm. - Liªn kÕt kim lo¹i: D¹ng liªn kÕt t¹o nªn tinh thÓ r¾n. Kim lo¹i ®-îc xem nh- lµ mét hÖ thèng cÊu t¹o tõ c¸c ion d-¬ng n»m trong m«i tr-êng c¸c ®iÖn tö tù do, søc hót gi÷a c¸c ion d-¬ng vµ c¸c ®iÖn tö t¹o nªn tÝnh nguyªn khèi cña kim lo¹i. §ã lµ c¸c kiÓu liªn kÕt d-íi d¹ng m¹ng tinh thÓ. 9
Sù tån t¹i c¸c ®iÖn tÝch tù do lµm cho kim lo¹i cã tÝnh ãng ¸nh vµ tÝnh dÉn ®iÖn, dÉn nhiÖt cao. TÝnh dÎo cña kim lo¹i ®-îc gi¶i tÝch bëi sù dÞch chuyÓn vµ tr-ît lªn nhau gi÷a c¸c líp ion. 2. Lý thuyÕt ph©n vïng n¨ng l-îng trong vËt r¾n: a, Ph©n vïng n¨ng l-îng trong vËt r¾n: Lý thuyÕt vÒ ph©n vïng n¨ng l-îng trong vËt r¾n gióp cho chóng ta gi¶i thÝch, ph©n lo¹i c¸c nhãm vËt liÖu c¸ch ®iÖn, dÉn ®iÖn vµ b¸n dÉn. Nghiªn cøu cÊu t¹o nguyªn tö cho thÊy: ®iÖn tö cña nguyªn tö cã møc n¨ng l-îng x¸c ®Þnh. MÆt kh¸c, khi nghiªn cøu quang phæ v¹ch ph¸t x¹ cña c¸c chÊt kh¸c nhau ë tr¹ng th¸i khÝ chØ râ r»ng nguyªn tö cña mçi chÊt ®-îc ®Æc tr-ng bëi nh÷ng v¹ch quang phæ hoµn toµn x¸c ®Þnh. §iÒu ®ã còng chøng tá r»ng nguyªn tö cã nh÷ng møc n¨ng l-îng x¸c ®Þnh. Nguyªn tö ë tr¹ng th¸i b×nh th-êng sÏ cã møc n¨ng l-îng t-¬ng øng víi møc n¨ng l-îng cña líp ®iÖn tö hãa trÞ. Khi c¸c ®iÖn tö hãa trÞ ®-îc cung cÊp n¨ng l-îng ®ñ ®Ó di chuyÓn tíi quü ®ao xa h¹t nh©n th× nguyªn tö sÏ ë tr¹ng th¸i bÞ kÝch thÝch vµ cã møc n¨ng l-îng cao h¬n (møc kÝch thÝch). Khi n¨ng l-îng cung cÊp cho ®iÖn tö cao h¬n n÷a, nguyªn tö sÏ bÞ ion hãa vµ cã møc n¨ng l-îng ion hãa (møc n¨ng l-îng max). Nh- vËy nguyªn tö cã 3 møc n¨ng l-îng kh¸c nhau: Møc ion Vïng n¨ng l-îng Møc kÝch thÝch Møc b×nh th-êng 10
Khi chÊt khÝ hãa láng vµ sau ®ã t¹o nªn m¹ng tinh thÓ cña vËt r¾n. Lóc nµy c¸c nguyªn tö kÒ bªn nhau, do t¸c dông lÉn nhau gi÷a c¸c nguyªn tö c¸c møc n¨ng l-îng bÞ xª dÞch vµ h×nh thµnh d¶i (vïng) n¨ng l-îng. ë nhiÖt ®é tuyÖt ®èi 00K do kh«ng cã n¨ng l-îng cña chuyÓn ®éng nhiÖt nªn vïng n¨ng l-îng b×nh th-êng cña nguyªn tö ®-îc gäi lµ vïng ®Çy hoÆc vïng hãa trÞ. Khi nguyªn tö bÞ ion hãa, ®iÖn tö hãa trÞ trë thµnh ®iÖn tö tù do, nguyªn tö cã møc n¨ng l-îng cao nhÊt vïng n¨ng l-îng nµy ®-îc gäi lµ vïng rçng (vïng tù do). Vïng n¨ng l-îng ë gi÷a vïng ®Çy vµ vïng rçng ®-îc gäi lµ vïng cÊm. Ta cã s¬ ®å ph©n bè vïng n¨ng l-îng vËt r¾n: Vïng rçng w Vïng cÊm Vïng ®Çy Tïy theo chiÒu réng cña vïng cÊm W, vËt liÖu ®-îc ph©n lo¹i theo tÝnh chÊt dÉn ®iÖn. b, Ph©n lo¹i vËt liÖu theo thuyÕt ph©n vïng n¨ng l-îng: - ChÊt ®iÖn m«i: lµ chÊt cã vïng cÊm réng tíi møc ë ®iÒu kiÖn nhiÖt dé b×nh th-êng c¸c ®iÖn tö hãa trÞ tuy ®-îc cung cÊp thªm n¨ng l-îng cña chuyÓn ®éng nhiÖt vÉn kh«ng thÓ di chuyÓn tíi vïng rçng ®Ó trë thµnh ®iÖn tö tù do. Nh- vËy, trong ®iÒu kiÖn b×nh th-êng ®iÖn m«i vËt liÖu kh«ng dÉn ®iÖn. §iÖn dÉn cña chóng b»ng 0. - VËt dÉn: lµ chÊt cã vïng ®Çy n»m s¸t víi vïng rçng, c¸c ®iÖn tö hãa trÞ trong vïng ®Çy cã thÓ chuyÓn ®éng mét c¸ch dÔ dµng tíi vïng rçng ®Ó trë thµnh ®iÖn tö tù do. Nh- vËy, vËt dÉn cã tÝnh dÉn ®iÖn cao. 11
- B¸n dÉn ®iÖn: Lµ chÊt cã chiÒu réng d¶i cÊm bÐ W = (0,2 – 1,5 ev) nªn ngay ë nhiÖt ®é b×nh th-êng mét sè ®iÖn tö hãa trÝ trong vïng ®Çy d-íi t¸c ®éng cña chuyÓn ®éng nhiÖt ®é ®· cã thÓ di chuyÓn tíi vïng rçng ®Ó trë thµnh c¸c ®iÖn tö tù do vµ h×nh thµnh tÝnh dÉn ®iÖn cña vËt liÖu. Nh- vËy, tÝnh dÉn ®iÖn cña b¸n dÉn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. NhiÖt ®é cµng cao th× sè l-îng ®iÖn tö tù do cµng nhiÒu vµ ®iÖn dÉn cña b¸n dÉn ®iÖn cµng lín. 12
II. VËt liÖu dÉn ®iÖn. 1. Kh¸i niÖm. - VËt liÖu dÉn ®iÖn lµ vËt liÖu mµ ë tr¹ng th¸i b×nh th-êng cã c¸c ®iÖn tÝch tù do. NÕu ®Æt nh÷ng vËt liÖu nµy vµo ®iÖn tr-êng th× ®iÖn tÝch dÞch chuyÓn theo chiÒu t¸c dông cña ®iÖn tr-êng vµ t¹o thµnh dßng ®iÖn. - Ph©n lo¹i: gåm 2 lo¹i + VËt liÖu d¹ng r¾n: * DÉn ®iÖn tèt (Al, Cu...) * §iÖn trë cao (Fe, thÐp...) + VËt liÖu ë thÓ láng: thñy ng©n, dung dÞch hãa häc. 2. TÝnh chÊt. a, TÝnh dÉn ®iÖn: Trong ®ã: : ®iÖn trë suÊt (m) l: chiÒu dµi (m) S: TiÕt diÖn (m2). TÊt c¶ ®Òu cã ®Æc tÝnh dÉn ®iÖn tèt, kh¶ n¨ng dÉn dßng phô thuéc vµo ®iÖn trë. b, TÝnh dÉn nhiÖt: C¸c vËt liÖu dÉn ®iÖn cã tÝnh truyÒn nhiÖt vµ ®-îc giíi h¹n nhiÖt ®é nãng ch¶y cho phÐp. c. §é bÒn c¬: VËt liÖu dÉn ®iÖn cã ®é bÒn c¬ tïy thuéc vµo tõng lo¹i chÊt gåm cã ®é co, ®é në, ®µn håi vµ chÞu va ®Ëp. 13
3. Mét sè vËt liÖu dÉn ®iÖn th«ng dông: a. §ång vµ hîp kim cña ®ång: - §ång: lµ mét vËt liÖu cã kÝch tÝnh dÉn ®iÖn tèt ®-îc sö dông réng r·i. + ¦u, nh-îc ®iÓm: * Cã ®iÖn trë suÊt nhá, ®é bÒn c¬ t-¬ng ®èi cao trong nhiÒu tr-êng hîp ®ång cã tÝnh chèng ¨n mßn, cã kh¶ n¨ng gia c«ng tèt. * Cã c«ng nghÖ hµn vµ g¾n t-¬ng ®èi dÔ dµng. * Cã träng l-îng riªng lín, gi¸ thµnh cao. Sö dông: Lµm d©y dÉn ®iÖn. D©y cuèn c¸c m¸y ®iÖn. Lµm thanh c¸i. Lµm tiÕp ®iÓm cña khÝ cô ®iÖn. - Hîp kim cña ®ång : lµ c¸c hîp kim cña ®ång víi thiÕc (thiÕc chiÕm 5 – 10%). Hîp kim cã søc chÞu vÒ c¬ cao h¬n, th-êng dïng lµm d©y dÉn ®iÖn tho¹i, c¸c chi tiÕt cña khÝ cô ®iÖn. §ång thau : lµ hîp kim cña Cu víi Zn, kÏm chiÕm 30 – 40% cã ®é cøng cao, th-êng dïng ®Ó chÕ t¹o c¸c chi tiÕt khÝ cô ®iÖn. b. Nh«m (Al) : - Sau Cu, Al lµ vËt liÖu thø 2 ®-îc sö dông phæ biÕn trong kü thuËt ®iÖn. - §Æc ®iÓm : Mµu tr¾ng, nhÑ, dÔ r¸p máng, kÐo sîi. Cã ®é bÒn cã kÐm, lùc kÐo kÐm, khã thùc hiÖn mèi nèi, dÔ bÞ ion hãa d-íi t¸c ®éng cña m«i tr-êng. - Sö dông : Al th-êng lµm d©y dÉn ®iÖn, dïng cho bé phËn truyÒn nhiÖt, táa nhiÖt. c. S¾t (Fe) : lµ kim lo¹i cã gi¸ thµnh rÎ, ®é bÒn c¬ häc cao, th-êng ®-îc dïng lµm vËt dÉn d-íi d¹ng thanh dÉn. - Fe cã kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn kÐm (dÔ bÞ han rØ), träng l-îng lín, ®iÖn trë cao, tÝnh dÉn ®iÖn kÐm Cu, Al. 14
d. Ch× (Pb) : Lµ kim lo¹i cã mµu x¸m, cã ®iÖn trë cao nh-ng chèng ¨n mßn tèt vµ bÒn v÷ng d-íi t¸c dông cña n-íc vµ axit nhÑ. - Ch× vµ hîp kim ch× th-êng ®-îc lµm vá bäc c¸ch ®iÖn cho c¸c d©y c¸p chèng Èm, lµm d©y ch¶y cÇu ch×. e. Vonfram : - Lµ hîp kim r¾n, cã khèi l-îng riªng lín, nhiÖt ®é nãng ch¶y cao nhÊt trong c¸c kim lo¹i. - ¦u ®iÓm : æn ®Þnh lóc lµm viÖc, ®é mµi mßn thÊp do cã ®é cøng cao, cã kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña hå quang vµ nhiÖt ®é cao. §é ¨n mßn bÒ mÆt nhá. - Nh-îc ®iÓm : Khã gia c«ng, cÇn cã ¸p lùc tiÕp xóc lín ®Ó cã trÞ sè ®iÖn trë tiÕp xóc nhá - øng dông : Vonfram th-êng ®-îc lµm c¸c tiÕp ®iÓm trong c¸c khÝ cô ®iÖn (lo¹i cã lùc Ðp tiÕp ®iÓm lín), lµm d©y tãc bãng ®Ìn... f. ThiÕc : - Lµ kim lo¹i cã mµu tr¾ng b¹c, cã ®Æc ®iÓm mÒm, dÔ vuèt, cã thÓ kÐo thµnh l¸ máng, th-êng ®-îc dïng lµm vá bäc b¶o vÖ kim lo¹i chèng bÞ ¨n mßn. - Nh-îc ®iÓm : Cã ®é bÒn thÊp, nhiÖt ®é nãng ch¶y nhá. g. Than kü thuËt ®iÖn : - Dïng lµm chæi quÐt trong c¸c m¸y ®iÖn, c¸c ®iÖn cùc cña ®Ìn chiÕu, ®iÖn cùc cña c¸c lß ®iÖn vµ c¸c bÓ ®iÖn ph©n, ®iÖn cña pin... 15
III. VËt liÖu c¸ch ®iÖn 1. Kh¸i niÖm: VËt liÖu c¸ch ®iÖn lµ lo¹i vËt chÊt cã kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn kÐm hoÆc kh«ng dÉn ®iÖn. 2. Ph©n lo¹i: Tïy theo cÊu t¹o cña vËt chÊt mµ ng-êi ta ph©n lo¹i vËt liÖu c¸ch ®iÖn thµnh c¸c d¹ng: - VËt liÖu c¸ch ®iÖn ë d¹ng khÝ. - VËt liÖu c¸ch ®iÖn h÷u c¬. - VËt liÖu c¸ch ®iÖn d¹ng láng. 3. Mét sè lo¹i vËt liÖu c¸ch ®iÖn th«ng dông: a. §iÖn m«i: - ChÊt ®iÖn m«i lµ chÊt ®-îc øng dông réng r·i trong kü thuËt ®iÖn. Th-êng dïng lµ m«i tr-êng gi÷a hai b¶n cùc. Do vËy, chÊt ®iÖn m«i lu«n n»m trong ®iÖn tr-êng (E = U/d). - Tïy thuéc vµo d¹ng c-êng ®é ®iÖn tr-êng (m¹nh hay yÕu, mét chiÒu hay xoay chiÒu...), thêi gian ®Æt ®iÖn tr-êng mµ trong chÊt ®iÖn m«i x¶y ra c¸c hiÖn t-îng víi c¸c ®Æc ®iÓm kh¸c nhau. Ngoµi ra, c¸c yÕu tè m«i tr-êng (nhiÖt ®é, ®é Èm, ¸p suÊt...) còng ¶nh h-ëng tíi c¸c ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh x¶y ra trong chÊt ®iÖn m«i. VÒ c¬ b¶n, trong chÊt ®iÖn m«i d-íi t¸c dông cña ®iÖn tr-êng cã thÓ x¶y ra hai hiÖn t-îng c¬ b¶n: sù dÉn ®iÖn vµ sù ph©n cùc. - DÉn ®iÖn cña ®iÖn m«i ®-îc x¸c ®Þnh bëi sù chuyÓn ®éng cã h-íng cña c¸c ®iÖn tÝch tù do tån t¹i trong chÊt ®iÖn m«i d-íi t¸c dông cña ®iÖn tr-êng ngoµi ®Æt lªn chÊt ®iÖn m«i. - HiÖn t-îng nµy chØ x¶y ra do sù ion hãa c¸c phÇn tö khÝ khi ®iÖn tr-êng ®Æt vµo ®¹t gi¸ trÞ ®ñ lín, ®éng n¨ng cña c¸c h¹t mang ®iÖn va ch¹m vµo phÇn tö 16
khÝ t¹o ra c¸c ion dÉn ®iÖn hoÆc do t¸c dông cña tia cùc tÝm, tia vò trô, sù phãng x¹ hay t¸c dông nhiÖt. - Ph©n cùc lµ hiÖn t-îng chØ ®Æc tr-ng cho chÊt ®iÖn m«i, ®ã lµ qu¸ tr×nh xª dÞch trong c¸c ph¹m vi nhá cña c¸c ®iÖn tÝch rµng buéc hoÆc xoay h-íng cña c¸c ph©n tö l-ìng cùc d-íi t¸c dông cña ®iÖn tr-êng bªn ngoµi. Trong chÊt ®iÖn m«i tån t¹i rÊt Ýt c¸c ®iÖn tÝch tù do, cßn l¹i ®a sè lµ c¸c ®iÖn tÝch cã liªn kÕt chÆt chÏ víi nh÷ng phÇn tö bªn c¹nh gäi lµ ®iÖn tÝch rµng buéc. Do vËy, d-íi t¸c dông cña ®iÖn tr-êng bªn ngoµi, chóng kh«ng thÓ chuyÓn ®éng suèt qua chÊt ®iÖn m«i ®-îc ®Ó t¹o thµnh dßng ®iÖn mµ chØ cã thÓ xª dÞch rÊt Ýt hoÆc xoay h-íng theo ®iÖn tr-êng. Nh- vËy, hiÖn t-îng ph©n cùc thùc chÊt lµ sù dÞch chuyÓn cña c¸c ®iÖn tÝch d-¬ng theo chiÒu ®iÖn tr-êng vµ c¸c ®iÖn tÝch ©m ng-îc chiÒu ®iÖn tr-êng. Cßn c¸c phÇn tö l-ìng cùc cã sù ®Þnh h-íng theo chiÒu ng-îc l¹i cña ®iÖn tr-êng. Nh- vËy: Qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn vµ p h©n cùc cña ®iÖn m«i d-íi t¸c dông cña ®iÖn tr-êng ph¶i tiªu tèn mét phÇn n¨ng l-îng ®iÖn, ®ã lµ sù tæn hao ®iÖn m«i, mÆt kh¸c ®iÖn m«i n»m bªn trong ®iÖn tr-êng cßn chÞu sù l·o hãa dÉn ®Õn sù thay ®æi tÝnh chÊt vÒ ®iÖn, c¬, lý, hãa... ®iÖn ¸p cao v-ît qu¸®iÖn ¸p ®Þnh møc sÏ x¶y ra qu¸ tr×nh phãng ®iÖn chÊt ®iÖn m«i. b. VËt liÖu c¸ch ®iÖn d¹ng khÝ: ë vËt liÖu c¸ch ®iÖn d¹ng khÝ, tr-íc tiªn ph¶i nãi ®Õn kh«ng khÝ, kh«ng khÝ ®-îc sö dông réng r·i ®Ó lµm c¸ch ®iÖn trong thiÕt bÞ ®iÖn, phèi hîp víi chÊt c¸ch ®iÖn r¾n vµ láng, trong mét sè tr-êng hîp nã lµ chÊt c¸ch ®iÖn chñ yÕu. Ngoµi ra, trong kü thuËt ®iÖn, ng-êi ta cßn dïng mét sè lo¹i khÝ c¸ch ®iÖn kh¸c nh-: N2 = 1Kv/mm, CO2 = 0,9 kv/mm, H2 = 0,6 kv/mm. c. VËt liÖu c¸ch ®iÖn h÷u c¬: - VËt liÖu c¸ch ®iÖn h÷u c¬ lµ nh÷ng liªn kÕt cã chøa c¸c nguyªn tö Cacbon trong ®ã cã c¸c chÊt khÝ nh- Etylen, chÊt láng (nh- dÇu má), chÊt r¾n (nhùa, vËt liÖu sîi, cao su...). 17
- Trong vËt liÖu c¸ch ®iÖn h÷u c¬ cã mét sè thuéc lo¹i thÊp pahan tö (ph©n tö cña nã chøa kh«ng nhiÒu nguyªn tö), mét sè thuéc lo¹i liªn kÕt cao ph©n tö (ph©n tö cña nã chøa rÊt nhiÒu nguyªn tö). d. DÇu má vµ c¸c lo¹i dÇu kh¸c: - DÇu m¸y biÕn ¸p: dïng ®Ó lÊp kÝn c¸c lç xèp cña vËt liÖu c¸ch ®iÖn sîi, lÊp kÝn kho¶ng trèng cña c¸c cuén d©y, gi÷a cuén d©y víi vá t¨ng kh¶ n¨ng c¸ch ®iÖn cña vËt liÖu. C¶i thiÖn ®iÒu kiÖn táa nhiÖt do tæn hao c«ng suÊt trong cuén d©y vµ lâi m¸y biÕn ¸p. - D©y c¸p: §èi víi c¸c lo¹i c¸p ®iÖn ¸p cao110 – 380KV vµ cao h¬n ng-êi ta dïng dÇu lµm c¸ch ®iÖn, lo¹i dÇu nµy cã ®é nhít bÐ rÊt s¹ch, ®Æc biÖt khö tÊt c¶ c¸c chÊt khÝ hßa tan trong nã. - DÇu tô ®iÖn: lµ lo¹i dÇu mì Ýt nhít, trung tÝnh gÇn nh- lo¹i dÇu m¸y biÕn ¸p nh-ng ®-îc lµm s¹ch rÊt kü, th-êng ®Ó tÈm giÊy tô ®iÖn. Dïng dÇu tô t¨ng ®iÖn trë c¸ch ®iÖn gi¶m ®-îc kÝch th-íc, träng l-îng vµ do ®è gi¶m ®-îc gi¸ thµnh cho tô. Ngoµi c¸c vËt liÖu c¸ch ®iÖn trªn ng-êi ta cßn dïng mét sè lo¹i kh¸c nh- s¬n c¸ch ®iÖn, cao su c¸ch ®iÖn, xenlulo, vµ c¸c vËt liÖu v« c¬ nh- gèm, mica, thñy tinh... IV. VËt liÖu tõ 1. Kh¸i niÖm vµ tÝnh chÊt cña vËt liÖu dÉn tõ: - VËt liÖu tõ lµ lo¹i vËt liÖu cã tõ tÝnh, chñ yÕu lµ vËt liÖu s¾t tõ cã kÕt cÊu m¹ng tinh thÓ. Nguyªn nh©n g©y ra tÝnh chÊt tõ trong vËt liÖu lµ do sù chuyÓn dÞch cña c¸c ®iÖn tÝch t¹o nªn nh÷ng dßng ®iÖn vßng, ®ã lµ sù quay cña c¸c ®iÖn tö quanh quü ®¹o trong nguyªn tö. 18
- Sù tõ hãa cña vËt liÖu tõ dÔ hay khã ®Òu cã nhiÒu sù phô thuéc vµo ph¶n øng tõ hãa cña tinh thÓ. TÝnh chÊt ®Æc tr-ng cho tr¹ng th¸i tõ cña c¸c chÊt lµ nã cã ®é nhiÔm tõ tù ph¸t ngay khi kh«ng cã tõ tr-êng ngoµi. DÔ Trung b×nh Khã - Ta cã thÓ tõ hãa (luyÖn tõ) cho c¸c vËt liÖu s¾t tõ d-íi ¶nh h-ëng cña tõ tr-êng ngoµi, qu¸ tr×nh tõ hãa nµy cã thÓ ®Æc tr-ng b»ng ®-êng cong tõ hãa. B = f (H)  = B/H: Trong ®ã:  : HÖ sè tõ thÈm, lµ ®¹i l-îng ®Æc tr-ng cho vËt liÖu s¾t tõ trong tõ tr-êng biÕn thiªn. H: C-êng ®é tõ tr-êng. Møc b·o B: C-êng ®é tõ c¶m. hoµ tõ 2. Chu tr×nh tõ hãa cña vËt liÖu s¾t tõ - LuyÖn tõ cho chÊt s¾t tõ b»ng c¸ch t¨ng dÇn dßng ®iÖn g©y tõ i, khi Êy c-êng ®é tõ tr-êng H t¨ng v× I  H, lóc ®Çu B tû lÖ víi H. Quan hÖ b = f (H) lµ quan hÖ bËc nhÊt ---->  = const - Khi t¨ng I ®Õn mét gi¸ trÞ nµo ®ã th× B t¨ng chËm, ®-êng B = f(H) cong vÒ phÝa trôc hoµnh, sau ®ã chuyÓn sang giai ®o¹n b·o hßa (H t¨ng nh-ng B kh«ng t¨ng), lóc nµy  = 1. 19
- Chu tr×nh tõ hãa cña vËt liÖu s¾t tõ h×nh bªn ®-îc gäi lµ chu tr×nh tõ hãa cña vËt liÖu s¾t tõ §-êng (1) §-êng (2) §-êng (1): ThÓ hiÖn qu¸ tr×nh nh- võa ph©n tÝch ë trªn. §-êng (2): ®Õn thêi ®iÓm b·o hßa b¾t ®Çu gi¶m H---> B b¾t ®Çu gi¶m. §Çu trªn gi¶m chËm sau ®ã gi¶m nhanh h¬n (bc). Nh- vËy, mét gi¸ trÞ H cã 2 gi¸ trÞ B. B lóc gi¶m H lín h¬n B lóc t¨ng H vµ B gi¶m chËm h¬n H ---> ®©y gäi lµ hiÖn t-îng tõ trÔ. Trong qu¸ tr×nh biÕn thiªn, c-êng ®é tõ c¶m lu«n biÕn thiªn chËm h¬n c-êng ®é tõ tr-êng, khi H = 0 mµ B ch-a b»ng 0 (®o¹n OC ®-îc gäi lµ tõ d- – B d-). §Ó khö tõ d- ta nèi ng-îc cùc tÝnh H (®æi chiÒu dßng ®iÖn) vµ t¨ng dÇn vÒ phÝa ng-îc l¹i cho ®Õn khi B = 0, t¹o ra tõ tr-êng khö tõ (od). TiÕp tôc t¨ng H, tõ gi¸ trÞ khö tõ ®Õn giai ®o¹n b·o hßa thùc sù vÒ phÝa ©m. §æi chiÒu H råi tiÕp tôc t¨ng gi¸ trÞ khö tõ vµ dÉn ®Õn gi¸ trÞ b·o hßa. Ta ®-îc ®-êng cong khÐp kÝn gäi lµ chu tr×nh hãa cña vËt liÖu s¾t tõ. §ã lµ ®Æc tr-ng c¬ b¶n cña vËt liÖu s¾t tõ, c¨n cø vµo ®ã, ta cã thÓ biÕt ®-îc: * Møc ®é b·o hßa tõ. * Møc ®é tõ d- cña vËt liÖu ®Ó tÝnh chän nam ch©m vÜnh cöu. * BiÕt ®-îc sù thay ®æi cña hÖ sè tõ thÈm. 20