Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 2.1 - TS. Nguyễn Văn Dũng

Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 2 do TS. Nguyễn Văn Dũng biên soạn nhằm mục đích phục vụ cho việc giảng dạy. Nội dung bài giảng gồm 2 phần lớn, phần 1 Vật liệu dẫn điện gồm có nội dung như: Phân loại; Bản chất của sự dẫn điện; Các tính chất cơ bản; Vật liệu có điện dẫn cao; Vật liệu có điện trở suất cao; Các kim loại khác. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng môn Vật liệu điện: Chương 2.1 - TS. Nguyễn Văn Dũng Chương II: Vật liệu dẫn điện và cáp điệnPhần I: Vật liệu dẫn điện Phân loại Bản chất của sự dẫn điện Các tính chất cơ bản Vật liệu có điện dẫn cao Vật liệu có điện trở suất cao Các kim loại khácTS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Phân loại Phân loại dựa vào trạng thái vật lý: rắn, lỏng, khí và plasma Vật liệu dẫn điện ở thể rắn được sử dụng rộng rãi và phổ biến: bao gồm các kim loại và hợp kim o Điện dẫn cao: sử dụng làm dây dẫn điện, cáp điện, dây quấn máy điện… o Điện trở cao: sử dụng làm điện trở, biến trở, dụng cụ đốt nóng bằng điện, dây tóc bóng đèn… Vật liệu dẫn điện ở thể lỏng: dung dịch điện phân (ứng dụng: Acquy, công nghệ xi mạ điện) và thủy ngân (ứng dụng trong rơle điện) Vật liệu dẫn điện ở thể khí: chỉ dẫn điện ở điện trường cao Plasma: trạng thái thứ tư của vật chất có tính dẫn điện tốt được tạo thành từ chất khí bị ion hóa một phần hoặc hoàn toàn (ứng dụng: cắt kim loại hoặc phủ kim loại)TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Bản chất của sự dẫn điện1. Dẫn điện điện tử (xảy ra trong kim loại) Mật độ dòng điện: ∆q ∆q =? J= A ∆t Xét chuyển động của điện tử trong vật dẫn điện dưới tác động của điện trường(đơn giản: xem như các điện tử c/đ theo phương điện trường) Vận tốc dịch chuyển trung bình của điện tử theo phương x 1 vdx = [v x1 + v x 2 + ... + v xN ] N N: số lượng điện tử tự do trong vật dẫn TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Mật độ điện tử tự do trong kim N 28 −3loại n = ≈ 10 m V Trong khoảng thời gian ∆t, các điện tử chuyển động được quãng đường ∆x ∆x = vdx ∆t Tổng điện tích đi qua tiết diện A trong khoảng thời gian ∆t ∆q = n∆Vqe = nA∆xqe Mật độ dòng điện theo phương x là ∆q nAvdx ∆tqe Jx = = = nvdx qe A ∆t A∆t Nếu E x = E x (t ) ⇒ J x = qe nvdx (t ) TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Khi không có điện trườngngoài, các điện tử tự do chuyểnđộng nhiệt hỗn loạn theophương bất kỳ ⇒ không tạothành dòng điện Khi có điện trường ngoài, cácđiện tử tự do tham gia vào 02chuyển động: o chuyển động nhiệt hỗn loạn o gia tốc theo phương tác động của điện trường ngoài dưới tác động của lực qeEx Chuyển động thực có hướng ngược chiều điện trường ⇒ tạo thành dòng điện TS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào. Do điện tử chuyển động nhanh dần đều trong khoảng thời gian tự do trung bìnhgiữa hai lần va chạm τ, nên quan hệ giữa lực tác động lên điện tử và vận tốc củađiện tử là: vdx Fe = me ae = me = qe E x τ Vận tốc dịch chuyển trung bình của điện tử theo phương x 1 qe E x vdx = [v x1 + v x 2 + ... + v xN ] = τ = µe Ex N meVới: qeτ µe = : độ linh động điện tử-cm2/V.s (đặc trưng cho mức độ dịch me chuyển của điện tử dưới tác động của điện trường ngoài)Mà: J x = nqe vdx ⇒ J x = nqe vdx = nqe µ e E x ⇒ Mật độ dòng điện tỉ lệ thuận với điện trường ngoàiTS. Nguyễn Văn Dũng. 8/3/2015. Tài liệu có bản quyền. Không được phép sao chép hay công bố rộng rãi dưới bất kỳ hình thức nào.2. Dẫn điện ion (xảy ra trong dung dịch điện phân) Sự dịch chuyển của các ion dưới tác dụng của điện trường ⇒ tạo ra dòng điện Nồng độ chất điện phân ...