- Trang Chủ
- Vật lý
- Bài giảng Cơ sở vật lý cho Tin học - Chương 5: Vật liệu điện
Xem mẫu
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.1. Khái niệm vật liệu dẫn điện
Cấu trúc vùng năng lượng
Năng lượng của một nguyên tử độc
lập, điện tử có thể nằm ở các mức
năng lượng gián đoạn rời rạc nào đó -
các mức năng lượng nguyên tử.
- Để tạo thành vật liệu, các nguyên tử tiến lại rất gần nhau (cỡ
A0), chúng tương tác với nhau làm cho các mức năng lượng rời
rạc đó tiến rất gần nhau và suy biến thành nhiều mức năng
lượng sát nhau tạo thành vùng năng lượng gần như liên tục.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.1. Khái niệm vật dẫn điện
Cấu trúc vùng năng lượng
Vùng hóa trị (Valence band): Là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang
năng lượng, là vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với nguyên tử và không linh
động. Mọi mức năng lượng đều đã bị điện tử chiếm chỗ.
Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà
điện tử sẽ linh động (điện tử tự do) , các mức năng lượng đều còn bỏ trống
hoặc bị điện tử chiếm chỗ một phần. Điện tử ở vùng này sẽ có khả năng
dẫn điện. Tính dẫn điện tăng khi mật độ điện tử trên vùng dẫn tăng.
Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn,
không có mức năng lượng nào do đó điện tử không thể tồn tại trên vùng
cấm. Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị gọi là độ rộng
vùng cấm, hay năng lượng vùng cấm (Band Gap).
Tùy theo độ rộng vùng cấm lớn hay nhỏ mà chất có thể là dẫn điện hoặc
không dẫn điện. Bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các mức năng lượng
trong vùng cấm (mức pha tạp).
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.1. Khái niệm Vật liệu dẫn điện
Khái niệm
Vật liệu dẫn điện là loại vật chất có vùng
hóa trị và vùng dẫn gần nhau có thể
chồng chập một phần, không có vùng
cấm. Vì vậy ở nhiệt độ bình thường dưới
tác dụng của điện trường các điện tử tự
do trong vùng hóa trị có thể dễ dàng
chuyển sang vùng trống. Vật liệu dẫn
điện cho phép dòng điện đi qua.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở
“ Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng di chuyển của
các hạt điện tích qua một môi trường vật chất khi có lực tác động vào
các hạt điện tích”. Độ dẫn điện ký hiệu là
“Điện trở suất là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở chuyển động có
hướng của các hạt điện tích trong mỗi chất”
0 (1 t 0 )
là hệ số nhiệt điện trở của chất
0 là điện trở suất của chất nhiệt độ t0 = 200C
Điện trở là đại lượng đặc trưng cho khả năng ngăn cản dòng điện trong
mạch và tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện, tỷ lệ thuận với điện trở suất.
1
R R- điện trở của vật dẫn
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở
Trong mạch điện điện trở là phần tử tcó đặc điểm ngăn cản dòng điện.
l
R
S
là chiều di dây dẫn điện, S là tiết diện dây dẫn điện,
là điện trở suất của dây dẫn điện
Điện trở suất của chất dẫn điện 10-8 đến 10-5 m
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở
Cách ghi và đọc tham số trên thân điện trở
Dung sai (sai số) trên điện trở là độ chênh lệch của giá trị thực tế của điện
trở so với giá trị đúng (giá trị định danh) tính theo phần trăm
Rtt Rd
100 (%)
Rd
Dựa vào % dung sai, ta chia điện trở ở 5 cấp chính xác:
Cấp 005: có sai số ± 0,5 %
Cấp 01: có sai số ± 1 %
Cấp I: có sai số ± 5 %
Cấp II: có sai số ± 10 %
Cấp III: có sai số ± 20 %
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở
Cách ghi và đọc tham số trên thân điện trở
Quy ước cách ghi trên điện trở
Ký hiệu cách ghi trên điện trở
Ghi dung sai: B=0.1%, C=0.5%, F=1%, G=2%, J=5%, K=10%,
M=20%
Ghi đơn vị: Chữ E là , chữ K là K, chữ M là M, chữ R tương
ứng với điểm thập phân (chẳng hạn 1R2 =1,2)
Ví dụ 220E=220 , 0R45= 0,45Ω hoặc R45= 0,45, 100K=
100 K, 47R = 47Ω
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở Cách ghi và đọc tham số trên thân điện trở
Quy ước cách ghi trên điện trở
Quy ước theo vòng màu
Loại 3 vòng màu: hai vòng màu đầu tiên là chỉ số thực của điện trở,
vòng màu thứ 3 là hệ số nhân
Loại 4 vòng màu: hai vòng màu đầu tiên là chỉ số thực của điện trở,
vòng màu thứ 3 là hệ số nhân, vòng màu thứ 4 là dung sai
Loại 5 vòng màu: ba vòng màu đầu tiên là chỉ số thực của điện trở,
vòng màu thứ 4 là hệ số nhân, vòng thứ 5 là dung sai
Loại 6 vòng màu: ba vòng màu đầu tiên là chỉ số thực của điện trở,
vòng màu thứ 4 là hệ số nhân, vòng thứ 5 là dung sai, vòng thứ 6 là
hằng số nhiệt điện trở (TCR)
- 5.1.2. Độ dẫn điện. Điện trở
Ví dụ về cách đọc
điện trở ở hình vẽ
Ta thấy điện trở đầu tiên có 4 vòng màu là vàng, xanh lá cây (lục), đỏ
và hoàng kim. Theo quy ước 2 vòng đầu là chỉ số thực của điện trở thì
vàng và lục tương ứng là 4 và 5, vòng thứ ba là hệ số nhân: màu đỏ hệ
số nhân là 2, tức là được nhân với 102. Vòng thứ tư màu hoàng kim cho
thấy dung sai là 5%. Do vậy, giá trị điện trở là 45.102 tức là 4500 và
dung sai là 5%, hay có thể viết là 4K5 dung sai 5%.
Lưu ý: Đối với các điện trở có tổng số vòng màu từ 5 trở xuống thì có thể
không bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống không có vòng màu sẽ được đặt về phía
tay phải trước khi đọc giá trị. Còn đối với các điện trở có độ chính xác cao
và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì phải để ý vòng màu tham số
nhiệt có chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc
giá trị của điện trở.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.3. Hiện tượng điện hưởng
• Khi đặt một vật dẫn bằng kim loại BC gần một
vật mang điện A
• Điện trường của vật B C
mang điện A sẽ tác dụng
lên các electron tự do e-
trong vật dẫn BC làm A
chúng chuyển dời
ngược chiều điện trường Điện tích cảm ứng
Kết quả là các electron tự do bị dồn về một đầu vật dẫn, đầu đó
tích điện âm, đầu đối diện tích điện dương và hai đầu vật đẫn
sẽ mang điện trái dấu.
Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng điện hưởng
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.3. Hiện tượng điện hưởng
Điều kiện cân bằng tĩnh điện
Khi có hiện tượng điện hưởng, trong lòng vật dẫn tồn tại hai điện trường:
Điện trường ngoài do vật B C
mang điện gây ra
Điện trường phụ do điện tích A
cảm ứng ở hai đầu vật dẫn
gây ra
Hai điện trường , ngược chiều nhau
Khi = thì điện trường trong vật dẫn bằng không, các electron
trong vật ngừng dịch chuyển, ta nói vật dẫn đạt trạng thái cân bằng tĩnh
điện.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.3. Hiện tượng điện hưởng
Điều kiện cân bằng tĩnh điện
B C
A
Như vậy, để đạt trạng thái cân bằng tĩnh điện (các điện tích trong vật
dẫn ở trạng thái cân bằng, không dịch chuyển), phải có các điều
kiện:
- Véc tơ cường độ điện trường tại mọi điểm bên trong vật dẫn phải
bằng không.
- Véc tơ cường độ điện trường tại mọi điểm trên bề mặt vật đẫn
phải vuông góc với bề mặt.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.3. Hiện tượng điện hưởng
Tính chất của vật dẫn cân bằng tĩnh điện
Mọi điểm trên vật đẫn đều có
điện thế bằng nhau.
Nếu vật dẫn mang điện thì
điện tích chỉ phân bố ở bề mặt
của vật dẫn.
Nếu vật dẫn có hình dạng
không đều thì điện tích tập
trung chủ yếu ở những chỗ lồi
của vật.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
Là linh kiện dùng để chứa điện
tích (dự trữ năng lượng điện
trường). Gồm 2 bản dẫn điện
đặt song song ngăn cách nhau
bởi 1 lớp cách điện.
Q = C.u
C gọi là điện dung của tụ điện,
u hiệu điện thế trên 2 bản tụ
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
“Điện dung của tụ là đại lượng đặc trưng cho khả
năng tích điện của tụ ở một hiệu điện thế xác định và được
xác định bằng tỷ số giữa điện tích của tụ và hiệu điện thế
giữa hai bản tụ điện”.
Đơn vị của điện dung là Fara (F). Fara là điện dung
của một tụ điện mà khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ là
một vôn (1V) thì điện tích của tụ là một Culông (1C).
Ngoài ra, ta còn có thể dùng đơn vị điện dung là
microfara, nanofara, picofara…(mF, nF, pF…)
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
S là diện tích bản tụ, d
0 S
Đối với tụ phẳng C khoảng cách 2 bản tụ, ,0
d là hằng số điện môi và
hằng số điện
Điện dung của tụ trụ
Điện dung của tụ cầu
Ra là bán kính ngoài của bản trụ trong,
Rb bán kính trong của bản trụ ngoài
Mặt cắt của tụ trụ và tụ cầu
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
dq du
i C
dt dt
- Với dòng không đổi u=U=const nên i=0. Vậy tụ không cho
dòng không đổi (1 chiều- DC) đi qua, tụ chỉ cho dòng xoay
chiều đi qua được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng
khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Loc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu thành điện áp
một chiều bằng phẳng.
- Nếu dt 0 thì i vô lý. Vì vậy điện áp trên tụ không thể
thay đổi đột ngột Tụ dùng để hạn chế xung.
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện
- Chương 5. Vật liệu điện Bài 5.1. Vật liệu dẫn điện
5.1.4. Tụ điện Các tham số kỹ thuật đặc trưng cho tụ điện
- Trị số dung lượng C (đơn vị F, pF, ….)
Ctt Cd
- Dung sai hay sai số của tụ 100 (%)
Cd
- Điện áp làm việc (Nếu quá thì tụ bị đánh thủng)
-Hệ số nhiệt: khoảng nhiệt độ chịu ảnh hưởng (TCC),
VD từ -550C1250C
- Dòng điện dò: vì thực tế chất cách điện giữa 2 bản tụ
không lý tưởng nên có dòng dò giữa 2 bản tụ điện
- Sự phân cực: Đối với tụ điện giải có đánh dấu cực
dương và âm, chỉ sử dụng tụ loại này trong trường hợp
cần điện áp làm việc có các cực không thay đổi.
nguon tai.lieu . vn
