Giáo trình Vật liệu điện - CĐ Phương Đông

Giáo trình: Vật liệu điện _________________________________________________________________ ____________ Giới thiệu môn học I. Vị trí và nhiệm vụ môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện là môn hỗ trợ cho các môn học chuyên ngành trong ngành điện, nhằm giúp cho sinh viên và các cán bộ kỹ thuật trong ngàng điện hiểu biết về vật liệu kỹ thuật điện, trên cơ sở đó lựa chọn và sử dụng thích hợp các vật liệu trong quá trình chế tạo và sửa chữa thiết bị điện đồng thời còn đề ra được các biện pháp sử dụng và bảo quản tốt các thiết bị điện. II. Yêu cầu môn học: - Nắm được các hiện tượng, bản chất các hiện tượng xảy ra trong vật liệu điện khi sử dụng chúng vào những mục đích khác nhau. - Biết được tính chất của các vật liệu điện để sử dụng chúng 1 cách thích hợp, đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật và phù hợp với điều kiện vận hành. - Biết cách bảo quản vật liệu điện, bảo quản các thiết bị điện nhằm tăng tuổi thọ của chúng. III. Tính chất môn học: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện giúp cho sinh viên giải thích được lý do sử dụng các loại vật liệu kỹ thuật điện trong các thiết bị điện và đánh giá được ưu nhược điểm của các vật liệu tác dụng đó. IV. Quan hệ với các môn học khác: Môn học Vật liệu kỹ thuật điện có liên quan trực tiếp với những môn học có nội dung thiết kế, chế tạo các chi tiết, các bộ phận và các kết cấu thiết bị điện. V. Các sách tham khảo: - Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT - 1975 - Dịch từ nguyên bản tiếng Nga. N.P Bôgôrôdixki, V.V Paxưncôv, B.M Tarêep. - Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp – Khoa ĐHTC -1972. - Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT - 2001– Nguyễn Xuân Phú và Hồ Xuân Thanh. - Vật liệu Kỹ thuật điện – NXB KHKT - 2004– Nguyễn Đình Thắng. ___________________________________________________________________________ __ 1 Giáo trình: Vật liệu điện _________________________________________________________________ ____________ VI. Kết cấu chương trình: Gồm 5 Chương Chương 1: Vật liệu dẫn điện. Chương 2: Vật liệu bán dẫn. Chương 3: Vật liệu từ Chương 4: Vật liệu cách điện. Chương 5: Dây dẫn điện, dây cáp, dây điên từ. ___________________________________________________________________________ __ 2 Giáo trình: Vật liệu điện _________________________________________________________________ ____________ Chương 1:VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung về vật liệu dẫn điện 1.1.1 Khái niệm. Tất cả các vật thể tuỳ theo tính chất điện của nó có thể nằm trong nhóm điện môi, điện dẫn hoặc bán dẫn. Sự khác nhau giữa chúng có thể chỉ ra trên đồ thị năng lượng theo lý thuyết phân vùng năng lượng của vật rắn. Khi mất kích thích nguyên tử trở về trạng thái ban đầu và phát ra năng lượng thừa. Sơ đồ phân bố mức năng lượng riêng biệt và của vật rắn phi kim loại như sau: Vùng các mức Vùng cấm Vùng đầy điện tử năng lượng tự do 3 4 W 5 2 1 1-Mức năng lượng bình thường của kim loại. 2-Vùng đầy điện tử. 3-Mức năng lượng kích thích của nguyên tử. 4-Vùng tự do. 5-Vùng cấm. Nguyên tử Vật thể Điện môi Bán dẫn Vật dẫn Điện môi Bán dẫn Vật dẫn Do sự phân vùng năng lượng mà tạo nên tính chất điện của vật chất. ___________________________________________________________________________ __ 3 Giáo trình: Vật liệu điện _________________________________________________________________ ____________ + Chất dẫn điện (Vật dẫn): Là chất có vùng đầy điện tử và vùng các mức năng lượng tự do nằm kề nhau hoặc chồng lên nhau một phần. Vì vậy chỉ cần một tác động rất nhỏ điện tử dễ dàng chuyển trạng thái. Nguồn kích thích có thể là năng lượng của chuyển động nhiệt, năng lượng ánh sáng (quang năng), năng lượng cơ học (cơ năng), năng lượng của các tia sóng ngắn hay tia Rơnghen hoặc điện năng. Số lượng các điện tử tự do hoặc các lỗ hổng trong một chất tăng lên sẽ làm tăng độ dẫn điện, tăng cường độ dòng điện, xuất hiện cường độ điện trường. 1.1.2 Phân loại vật liệu dẫn điện: * Phân theo trạng thái: Vật liệu dẫn điện có thể là vật rắn, lỏng và trong những điều kiện nhất định có thể là thể khí. - Kim loại là vật liệu dẫn điện ở thể rắn gồm: Vật liệu điện dẫn cao: Dùng làm dây dẫn, cáp, dây quấn máy biến áp... Vật liệu điện trở cao: Dùng trong các dụng cụ đốt nóng bằng điện: Biến trở, đèn sợi đốt, điện trở mẫu... - Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng: Các kim loại nóng chảy và các dung dịch điện phân. - Vật liệu dẫn điện ở thể khí: Tất cả khí và hơi, nếu cường độ điện trường vượt quá trị số tới hạn đủ để ion hoá do va chạm thì có thể trở thành vật dẫn. * Phân theo tính chất: - Vật dẫn loại 1: Có điện dẫn bằng điện tử (kim loại rắn và lỏng) - Vật dẫn loại 2: Có điện dẫn bằng ion (dung dịch điện phân) - Vật dẫn loại 3: Có điện dẫn bằng điện tử và ion (khí và hơi kim loại khi cường độ điện trường vượt quá trị số tới hạn). 1.1.3 Các đặc tính chính của vật liệu dẫn điện: 1.3.1 Điện dẫn suất hay điện trở suất của vật liệu điện: ∗ Điện dẫn suất (m )  = no.qe.k Với no là mật độ điện tử tự do của vật dẫn qe điện tích của điện tử k độ linh hoạt của các điện tử ___________________________________________________________________________ __ 4 Giáo trình: Vật liệu điện _________________________________________________________________ ____________ ∗ Điện trở suất  (.m)  = R. l Với R là điện trở của vật dẫn S tiết diện của dây dẫn l chiều dài của dây dẫn  có đơn vị là mm2/m trong hệ SI có đơn vị là .m 1.m = 106mm2/m = 106 m  biến đổi tương đối rộng trong kim loại từ 0,016(Ag) đến 10mm2/m (hợp kim sắt-crom-nhôm) * Hệ số nhiệt của điện trở suất. Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ t = o (1+ .Δt) ρt điện trở suất của vật liệu đo ở nhiệt độ t ρ0 điện trở suất ở nhiệt độ ban đầu to αρ hệ số nhiệt của điện trở suất Δt = t – to * Nhiệt dẫn suất λu (W/ độ m) Theo định luật thực nghiệm Viđeman Frautx giữa nhiệt dẫn suất và điện dẫn suất có quan hệ với nhau theo công thức: u = a.T Với a = 3.(k)2 = 2,23.10−8 Sức nhiệt động: Khi cho 2 kim loại khác nhau tiếp xúc thì giữa chúng phát sinh hiệu điện thế Nguyên nhân sinh ra hiệu điện thế tiếp xúc là do công thoát điện tử của kim loại khác nhau đồng thời do số điện tử tự do khác nhau mà áp lực khi điện tử ở kim loại khác nhau có thể không giống nhau. 1.2 Kim loại-Hợp kim và đặc tính chính của chúng 1.2.1 Cấu tạo của kim loại và hợp kim: 1.2.1.1 Kim loại: Kim loại có cấu tạo mạng tinh thể gồm các ion dương dao động liên tục ở các nút mạng và các electron tự do chuyển động hỗn loạn giữa các ion dương. Mạng tinh thể kim loại thường có 03 kiểu sau: - Mạng lập phương tâm khối ___________________________________________________________________________ __ 5 ... - tailieumienphi.vn