Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 2 - Phạm Thành Chung

Bài giảng "Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 2 - Phạm Thành Chung" được biên soạn bao gồm các nội dung kiến thức về: Dòng điện; Mật độ dòng điện; Vận tốc chuyển động có hướng của các điện tích; Điện trở suất; Quan hệ của điện trở suất với nhiệt độ; Tính chất vật lý của kim loại;... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng tại đây.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật liệu kỹ thuật điện: Chương 2 - Phạm Thành Chung Chương 2. Vật liệu dẫn điện Giải thích tại sao lại dẫn điện – thông số đặc trưng? Khi đặt V -> I chạy qua nó V=1 V -> I=1 A V=1 V -> I= 2 A (dẫn điện tốt hơn) Theo Đl Ohm: I = V/R -> đặc trưng cho vật liệu dẫn điện là I Cùng R nhưng V2 > V1 thì I2 > I1 1. Dòng điệnNếu có một điện tích dq chuyển qua một mặtphẳng tưởng tượng trong thời gian dt, thìdòng điện được định nghĩa là : Về hướng: Là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích (Từ Vcao đến Vthấp) Theo quy ước lịch sử, mũi tên chỉ chiều dòng điện được vẽ theo chiều chuyển động của các điện tích dương, thậm chí ngay cả khi các hạt chuyển động không mang điện tích dương 29Chương 2. Vật liệu dẫn điện 2. Mật độ dòng điệnKhái niệm cường độ dòng điện cho ta biết độ mạnh của dòng điện qua một đơn vịdiện tích cho trước tuy nhiên nó không cho biết độ mạnh và hướng của dòng điện tạitừng điểm trong vật liệu có dòng điện chảy qua. Để đặc trưng cho độ mạnh của dòngđiện tại từng vị trí người ta đưa vào khái niệm mật độ dòng điện. 30Chương 2. Vật liệu dẫn điện3. Vận tốc chuyển động có hướng của các điện tích• Độ lớn của I phụ thuộc vào vận tốc cđ có hướng của các điện tích.• Dưới tác dụng của E, một số điện tử thoát khỏi liên kết với nguyên tử vàchuyển động trong tinh thể kim loại để tạo nên dòng điện.• Trong quá trình di chuyển chúng va chạm với các thành phần khác trong tinh thể.Các va chạm này có thể bao gồm: - Va chạm điện tử-phonon. - Va chạm điện tử-sai hỏng mạng tinh thể. - Va chạm điện tử-tạp chất trong mạng tinh thể. 31 Chương 2. Vật liệu dẫn điện 3. Vận tốc chuyển động có hướng của các điện tích Gọi thời gian trung bình giữa hai lần va chạm τ Gọi quãng đường tự do trung bình mà điện tử chuyển động được trước khi chịu một va chạm kế tiếp là Nếu gọi n0 là mật độ khối của hạt mang điện, le l là độ lớn điện tích của mỗi hạtTrong một đơn vị thời gian số hạt mang điện dn di qua diện tích dS chính là số hạtmang điện nằm trong đoạn ống có đáy là dS và chiều dài làNhư vậy cường độ dòng điện chạy qua diện tích dS trong một đơn vị thời gianNhư vậy biểu thức mật độ dòng điện có thể viết lại thành: 32Chương 2. Vật liệu dẫn điện3. Vận tốc chuyển động có hướng của các điện tíchMà vận tốc trung bình có hướng của hạt mang điện được tính:Trong đó a là gia tốc của hạt mang điện và mn là khối lượng của hạt mang điện.Mặt khác, theo định luật Ohm ta có:Với σ là điện dẫn suất của vật liệuTừ các biểu thức trên ta rút ra: Với độ linh động của hạt mang điện, nó đặc trưng cho khả năng chuyển động của hạt mang điện khi đặt trong điện trường ngoàiBiểu thức điện dẫn suất có thể viết cho trường hợp tổng quát trong đó hạt mangđiện có các bản chất khác nhau (điện tử, ion, lỗ trống…) như sau: 33 Chương 2. Vật liệu dẫn điện 4. Điện trở suấtĐiện trở suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của mỗi chất. Chấtcó điện trở suất thấp sẽ dễ dàng cho dòng điện truyền qua (chất dẫn điện) và chất cóđiện trở suất lớn sẽ có tính cản trở dòng điện lớn (chất cách điện). Điện trở suất nói lêntính cản trở sự dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện của mỗi chất. Đơn vị củađiện trở suất trong hệ đơn vị chuẩn SI là (Ω.m). Với R là điện trở, S là tiết diện ngang (m2), l là chiều dài của khối vật dẫn. Định luật ôm vi phân còn cho định nghĩa điện trở suất theo công thức: Với E là cường độ điện trường, J là mật độ dòng điện. Người ta còn định nghĩa điện trở suất là nghịch đảo của điện dẫn suất: 34Chương 2. Vật liệu dẫn điệnCác xác định điện trở suất của vật liệu 35Chương 2. Vật liệu dẫn điệnĐiện trở suất của một số vật liệu Điện trở suất ở 20o C của một số chất 36Chương 2. Vật liệu dẫn điện5. Quan hệ của điện trở suất với nhiệt độ R của một vật liệu là do sự rối loạn chuyển động của các điện t ...