Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn điện – https://suanha.org

2. Phân loại vật liệu điện

2.1. Khái niệm và tính chất của vật liệu dẫn điện

2.1.1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái thông thường có những điện tích tự do. Nếu đặt những vật liệu này vào trong một trường điện, những điện tích sẽ hoạt động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Người ta gọi là vật liệu có tính dẫn điện .
Vật liệu dẫn điện hoàn toàn có thể là chất rắn, chất lỏng và trong những điều kiện kèm theo nhất định hoàn toàn có thể là chất khí. Ở dạng chất rắn vật liệu dẫn điện gồm có sắt kẽm kim loại và những kim loại tổng hợp của chúng. Trong 1 số ít trường hợp là những chất không phải là sắt kẽm kim loại mà là chất lỏng dẫn điện, sắt kẽm kim loại ở trạng thái chảy lỏng và những chất điện phân .

Khí là hơi có thể trở nên dẫn điện ở cường độ điện trường lớn, chúng tạo nên
ion hóa do va chạm hay sự ion hóa quang.

2.1.2. Tính chất của vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện có những đặc thù cơ bản sau : Điện dẫn suất của vật liệu  
       1
Hệ số nhiệt của điện trở suất Nhiệt dẫn suất .
Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt điện động
34
– Điện trở : là đại lượng đặc trưng cho sự ‘ ’ cản trở ‘ ’ dòng điện của vật liệu hay nói cách khác Điện trở R là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt ở hai đầu của dây dẫn và cường độ dòng điện một chiều tạo nên trong dây dẫn đó ( chú ý quan tâm : dây dẫn không hề có sức điện động nội tại nào ). Xét về điện trở của vật liệu điện được tính theo công thức sau :

s
l

R

Trong đó :
l : chiều dài của vật dẫn  m . S : là tiết diện của vật dẫn  mét vuông  .
 : là điện trở suất, phụ thuộc vào vào thực chất của vật liệu   m . R : là điện trở của vật dẫn    .
Dựa vào biểu thức trên ta thấy : Nếu có hai vật dẫn khác nhau ( khác chất ), nhưng có cùng chiều dài, cùng tiết diện thì vật nào có điện trở suất lớn hơn thì vật đó sẽ có điện trở cao hơn, nghĩa là dòng điện chạy qua nó sẽ ’ ’ khó khăn vất vả ’ ’ hơn .

Điện dẫn G của vật dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở.
G R

1

Điện dẫn được tính với đơn vị chức năng
1
1   
 .
– Điện trở suất (  ) : là đại lượng đặc trưng cho tính dẫn điện hay cách điện của vật liệu hay nói cách khác : điện trở suất là điện trở của vật dẫn có chiều dài là một đơn vị chức năng chiều dài và tiết điện là một đơn vị chức năng diện tích quy hoạnh. Nó phụ thuộc vào vào thực chất của vật liệu. Nếu vật có điện trở suất càng nhỏ thì dẫn điện càng tốt và ngược lại .
Trên thực tiễn Điện trở suất  của vật dẫn được tính theo : . mm2 / m và trong một số ít trường hợp được tính bằng :  . cm. Trong hệ CGS điện, điện trở suất được tính bằng :  cm, còn ở hệ MKSA tính bằng :  m .
Những đơn vị chức năng nêu trên chúng được liên hệ với nhau qua biểu thức sau : 1  cm = 104 . mm2 / m = 106  . cm. = 10-2  m .
Điện dẫn suất  là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất.          1
35
Điện dẫn suất  được tính theo : m / . mm2 ;  – 1 cm – 1 ;  – 1 m – 1. – Sự nhờ vào của điện trở vào nhiệt độ

Điện trở suất của kim loại và của rất nhiều hợp kim tăng theo nhiệt độ, điện
trở suất của cácbon và của dung dịch điện phân giảm theo nhiệt độ.

Thông thường điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ và theo qui luật sau:
t o



1tt2 t3 …



Ở nhiệt độ sử dụng t2 điện trở suất sẽ được tính toán xuất phát từ nhiệt độ t1
theo công thức:

 t2 =  t1  1 +  ( t2 – t1 ) . Trong đó :
 là thông số biến hóa điện trở suất theo nhiệt độ so với vật liệu tương ứng và ứng với những khoảng chừng nhiệt độ được nghiên cứu và điều tra .
Hệ số  gần như giống nhau so với những sắt kẽm kim loại tinh khiết và có trị số gần đúng bằng 4.10 – 3 1/0 C
Đối với khoảng chừng chênh lệch nhiệt độ ( t2 – t1 ) thì thông số  trung bình sẽ là :. 12



2 11



.
.
t
t
t
t
t







Giá trị  và  so với những sắt kẽm kim loại chính được sử dụng trong kỹ thuật điện được cho trong bảng sau : ( Bảng 2.1 )

Bảng 2.1.Đặc tính vật lý và điện trở suất của một số kim loại

Kim loại Khối lượng riêng g / cm3 Nhiệt độ nóng chảy 0C Điện trở suất  ở 20 0C (  mm2 / m ) .
Hệ số đổi khác của Điện trở suất theo nhiệt độ  1 / độ. Bạc 10,5 961 0,0160 – 0,0165 0,0034 – 0,00429 Đồng 8,9 1083 0,0168 – 0,0182 0,00392 – 0,00445 Vàng 19,3 1063 0,0220 – 0,0240 0,00350 – 0,00399 Nhôm 2,7 657 0,0262 – 0,0400 0,0040 – 0,0049 Magiê 1,74 651 0,0446 – 0,0460 0,00390 – 0,0046 Molipđen 10,2 2620 0,0476 – 0,0570 0,0033 – 0,00512
36 Wolfram 19,3 3380 0,0530 – 0,0612 0,0040 – 0,0052 Kẻm 7,1 420 0,0535 – 0,0630 0,0035 – 0,00419 Niken 8,9 1455 0,06141 – 0,138 0,0044 – 0,00692 Thép 7,8 1535 0,0 918 – 1,1500 0,0045 – 0,00657 Platin 21,4 1770 0,0866 – 0,116 0,00247 – 0,00398 Palađi 12 1555 0,1100 0,0038 Thiếc 7,3 232 0,113 – 0,143 0,00420 – 0,00465 Chì 11,4 327 0,205 – 0,222 0,0038 – 0,00428 Thủy ngân 13,6 – 39 0,952 – 0,959 0,0009 – 0,00099 Titan 4,5 1725 0,420 0,0044 Cadmi 8,6 321 0,076 0,0042 Coban 8,7 1492 0,062 0,0060 Vàng 19,3 1063 0,024 0,0036 Tantan 16,6 2977 0,135 0,0038
– Hệ số nhiệt nhiệt độ  của điện trở suất nói lên sự đổi khác điện trở suất của vật liệu khi nhiệt độ đổi khác .

2.1.3. Các tác nhân môi trường ảnh hưởng đến vật liệu dẫn điện

Nhiệt độ của thiên nhiên và môi trường thao tác ảnh hưởng tác động đến tính dẫn điện của vật liệu khi nhiệt độ tăng thì điện trở của vật liệu tăng lên và làm cho tính dẫn điện của vật liệu giảm .
Ở nhiệt độ không tuyệt đối ( 00K ), điện trở suất của sắt kẽm kim loại tinh khiết giảm bất thần, chúng biểu lộ ‘ ’ hiện tượng kỳ lạ siêu dẫn ’ ’. Về phương diện kim chỉ nan ở độ không tuyệt đối, sắt kẽm kim loại tinh khiết không còn điện trở .
Sự biến dạng đàn hồi, mức độ tinh khiết của sắt kẽm kim loại tác động ảnh hưởng đến gía trị của điện trở suất của vật liệu dẫn điện .
Khi nóng chảy, điện trở suất của sắt kẽm kim loại đổi khác, thường thì giá trị tăng lên ( ngoại trừ : ăngtimoan, gali và bitmut khi nóng chảy, điện trở suất giảm ) .
37
Ảnh hưởng của trường từ và ánh sáng so với điện trở suất : thực nghiệm cho thấy rằng điện trở suất của sắt kẽm kim loại cũng biến hóa khi sắt kẽm kim loại đặt trong trường từ và điện trở suất của một số ít vật liệu cũng biến hóa dưới tác động ảnh hưởng của ánh sáng .

2.1.4 Hiệu điện thế tiếp xúc và sức nhiệt động

Khi tiếp giáp hai sắt kẽm kim loại khác nhau với nhau, giữa chúng sẽ sinh ra hiệu điện thế. Sự Open hiệu điện thế đóng vai trò quan trọng ở hiện tượng kỳ lạ ăn mòn điện hóa và được ứng dụng trong một số ít dụng cụ giám sát .
Thế điện hóa thông thường của một số ít sắt kẽm kim loại khác nhau so sánh với hyđro được cho ở bảng sau : ( Bảng 2.2 )

Bảng 2.2. Thế điện hóa bình thường của một số kim loại

Kim loại Thế điện hóa ở nhiệt độ thông thường ( V )
Kim loại Thế điện hóa ở nhiệt độ thông thường ( V )
Vàng + 1,500 Cadmium – 0,400
Platin + 0,860 Sắt – 0,440
Thủy ngân + 0,860 Crôm – 0,557
Bạc + 0,808 Wolfram – 0,580 Đồng + 0,345 Kẻm – 0,760 Hyđro  0,000 Mangan – 1,040 Thiếc – 0,100 Nhôm – 1,340 Chì – 0,130 Magiê – 2,350 Niken – 0,250 Bari – 2,960 Coban – 0,255

Sức nhiệt động sinh ra của hai kim loại khác nhau, tiếp giáp nhau được ứng
dụng để chế tạo các cặp nhiệt điện.

Hiệu điện thế tiếp xúc giữa những cặp sắt kẽm kim loại xê dịch trong khoanh vùng phạm vi từ vài phần mười vôn đến vài vôn, nếu nhiệt độ của cặp bằng nhau, tổng hiệu điện thế trong mạch kín bằng không. Nhưng khi một đầu của cặp nhiệt có nhiệt độ khác đầu kia thì trong trường hợp này sẽ phát sinh sức nhiệt điện động .
38

2.2. Tính chất chung của kim loại và hợp kim 2.2.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim

Source: https://suanha.org
Category : Vật Liệu