Trong kỹ thuật điện, có những khái niệm cơ bản quan trọng cần biết. Hiểu về những khái niệm này là quan trọng để thực hiện và bảo dưỡng hệ thống điện hiệu quả. Cùng theo dõi về các khái niệm cơ bản ở bài viết này nhé!
Vật liệu dẫn điện và cách điện
Vật liệu dẫn điện
Khái niệm
Vật liệu dẫn điện là vật liệu mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do (lớp ngoài cùng có 1 hay 2 electron).
Vật liệu dẫn điện đặt trong môi trường điện tích các electron tự do sẽ chuyển động theo hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện.
Vật liệu dẫn điện tồn tại ở các thể rắn, lỏng, khí. Đó là kim loại, hợp kim hay phi kim, ví dụ: than, graphit.
Những vật liệu dẫn điện thường dùng
– Đồng đỏ hay đồng kỹ thuật: Dẫn điện tốt. Điện trở suất r = 0,0175 Ωmm2/m, hệ số nhiệt α = 0,004, nhiệt độ nóng chảy là 10800C, tỉ trọng là 8,9. Đồng được dùng làm dây dẫn, mạch in trong các máy. Dây dẫn có thể là đơn (1 sợi) hoặc nhiều sợi (dây mềm thường gọi là dây xúp) bọc trong vỏ cách điện. Dây đồng phủ một lớp men cách điện (quen gọi là dây ê may) dùng để quấn các cuộn cảm hoặc các cuộn biến áp.
– Đồng thau: Là hợp kim của đồng và kẽm. Đồng thau dùng làm các lá tiếp xúc, các cầu nối dây.
– Nhôm: Dẫn điện khá tốt, r = 0,028 Ωmm2/m, α = 0,0049, nhiệt độ nóng chảy 6600C. Nhôm nhẹ hơn đồng và độ bền cơ học kém đồng. Trong không khí nhôm bị oxi hóa nhanh tạo thành lớp oxit nhôm ở mặt ngoài bảo vệ cho nhôm không bị tiếp tục ăn mòn.
Nhôm dùng làm dây dẫn điện nhẹ, rẻ tiền hơn đồng. Lá nhôm dùng làm các vỏ bọc kim, làm tụ xoay, làm các tấm tản nhiệt cho tranzito công suất lớn. Lá nhôm mỏng còn dùng làm bản cực của tụ điện giấy và tụ hóa học.
– Sắt: Dẫn điện kém hơn đồng và nhôm. r = 0,09 Ωmm2/m, α = 0,0062, nhiệt độ nóng chảy 15200C, D = 7,8. Dây sắt mạ kẽm dùng trong trường hợp tải công suất nhỏ. Dây sắt phủ ở ngoài một lớp vỏ bọc bằng đồng gọi là dây lưỡng kim dùng làm dây truyền dẫn tần số cao cũng không kém dây đồng mấy do hiệu ứng bề mặt. Lá sắt mềm được dùng làm khung máy, vỏ máy. Lá sắt mềm tráng thiếc gọi là sắt tây dùng làm màn chắn, hộp bọc kim cho các bộ phận làm việc
– Thiếc: r = 0,115 Ωmm2/m, α = 0,042, nhiệt độ nóng chảy 2300C, D = 7,3.
Thiếc dùng để hàn, thường được pha lẫn với chì (khoảng 30% – 60% chì).
– Chì: r = 0,21 Ωmm2/m, α = 0,004, nhiệt độ nóng chảy 3300C, D = 11,4. Chì dễ bị oxi hóa và lớp oxit chì bảo vệ cho chì không tiếp tục bị oxi hóa nữa, do đó chỉ dùng làm vỏ bọc dây cáp chôn dưới đất, chì dùng làm cầu chì, pha với thiếc để hàn. Chì còn được dùng trong chế tạo ắc quy axit.
– Hợp kim có điện trở suất cao: Người ta dùng các hợp kim có điện trở suất cao để làm các dây điện trở. Các hợp kim thường dùng là:
- Mengani (chứa 86% đồng, 12% mangan,2% kền). Mengan có điện trở suất r = 0,5 Ωmm2/m, α = 0,00005, nhiệt độ nóng chảy 12000C, D = 8,4. Mengani dùng để làm điện trở.
- Nicrom (chứa 67% kền, 16% sắt,15% crom và 1,5% mangan), điện trở suất r = 0,5 Ωmm2/m, α = 0,00005, nhiệt độ nóng chảy 12000C, D = 8,4.
- Contantan (chứa 60% đồng, gần 40% kền, khoảng 1% mangan), điện trở suất r = 0,5 Ωmm2/m, α = 0,000005, nhiệt độ nóng chảy 12700C, D = 8,9. Constantan dùng làm dây điện trở nung nóng.
Vật liệu cách điện
Khái niệm
Vật liệu cách điện là vật liệu có cấu tạo nguyên tử ở lớp ngoài cùng đã có đủ electron tối đa hay gần đủ số tối đa nên rất ít có khả năng tạo ra electron tự do.
Những vật liệu cách điện thường dùng
– Sứ: Độ bền về điện 20 – 28 kV/mm, nhiệt độ chịu được 1500C – 1700C, hằng số điện môi ε = 6-7, D = 2,5 – 3,3, góc tổn hao tgδ = 0,03.
Sứ được làm giá đỡ cách điện cho đường dây dẫn, dùng làm tụ điện, …
– Thủy tinh: độ bền về điện 20-30 kV/mm, nhiệt độ chịu được 500-17000C.
– Gốm: Không chịu được điện áp cao và nhiệt độ lớn nhưng có ε = 1700 – 4500. Gốm làm tụ điện kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn.
– Mika: Độ bền về điện lớn 50 kV/mm đến 100 kV/mm, nhiệt độ chịu được 6000C, ε = 6 – 8, mika dễ tách thành lá mỏng, mika làm tụ điện, dùng cách điện trong thiết bị nung nóng (mỏ hàn, bàn là…)
– Bakelit: Độ bền về điện từ 10 – 40 kV/mm
– Ebonit: Độ bền về điện từ 20 – 30 kV/mm, nhiệt độ chịu được 50 – 600C.
– Cao su: Độ bền về điện 20 – 30 kV/mm, nhiệt độ chịu được 550C. Cao su dùng làm vỏ cách điện cho dây dẫn, làm tấm cách điện.
– Sáp ong: độ bền về điện từ 20 – 25 kV/mm, nhiệt độ chịu được 650C. Sáp ong dùng để nhúng tẩm chống ẩm.
– Parafin: Tính chất gần giống sáp ong, dùng để nhúng tẩm chống ẩm.
– Nhựa thông: Độ bền điện tử 10 – 15kV/mm, nhiệt độ chịu đựng từ 60 – 700C. Nhựa thông dùng làm sạch mối hàn.
– Parafin dùng để nhúng tẩm chống ẩm.
– Bìa cách điện Pret – xơ pan: Độ bền về điện 9 – 12 kV/mm, nhiệt độ chịu được 1000C, dùng làm khung quấn biến áp.
– Giấy làm tụ điện: độ bền về điện 20 kV/mm, chịu được nhiệt độ: 1000C.
– Nhựa ê-pô-xi: độ bền về điện 18 – 20 kV/mm, nhiệt độ chịu được 1400C, thường dùng làm vỏ bọc các điốt, tranzito bán dẫn.
– Các loại chất dẻo: như polyetylen, Teflon, polyclovinyl, tectolit… cũng là các chất cách điện tốt.
Điện trở cách điện của linh kiện và mạch điện tử
Ta có: 
Trong đó:
: là điện trở suất
l: chiều dài
S: Tiết diện
Nếu R càng lớn -> tính dẫn điện giảm.
Nếu r càng nhỏ à R nhỏ -> Tính dẫn điện lớn.
Nếu S càng lớn -> R nhỏ.
- Bạc r = 0,016 Ω mm2/m.
- Đồng r = 0,017 Ω mm2/m.
- Vàng r = 0,02 Ω mm2/m.
- Nhôm r = 0,026 Ω mm2/m.
- Thép r = 0,1 Ω mm2/m.
- Chì r = 0,21 Ω mm2/m.
- Thủy tinh r = 1013 Ω mm2/m.
Các hạt mang điện và dòng điện trong các trường
Dòng điện trong kim loại
Khi có điện trường trong kim loại (đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế) các electrôn tự do chịu tác dụng của lực điện trường chuyển động theo 1 chiều xác định ngược với chiều điện trường. Kết quả là xuất hiện sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện, nghĩa là xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện trong kim loại là dòng electron tự do chuyển dời có hướng.
Dòng điện trong chất lỏng, chất điện phân
Khi đặt một hiệu điện thế vào hai điện cực, trong bình điện phân có một điện trường, các ion chịu tác dụng của lực điện nên có thêm chuyển động theo phương của điện trường(ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn). Các ion dương chuyển động theo chiều điện trường về cực âm(catot).Các ion âm chuyển động ngược chiều điện trường về cực dương (anot). Chuyển động có hướng của các ion tạo nên dòng điện trong bình điện phân.Vậy dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm theo chiều ngược chiều điện trường.
Dòng điện trong chất khí
Khi có điện trường đặt vào khối khí đã bị ion hóa, các electron và các ion chịu tác dụng của lực điện trường sẽ có thêm chuyển động có hướng( ngoài chuyển động nhiệt hỗn loạn). Các ion âm và các electron chuyển động về phía cực dương(anot) các ion dương chuyển động về phía cực âm(catot) tạo nên dòng điện trong chất khí. Vậy dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm và electron ngược chiều điện trường.
Dòng điện trong chân không
Đặt 2 điện cực anôt và catôt vào trong môi trường chân không. Anot nối với cực dương, catot nối với cực âm của nguồn điện. Dưới tác dụng của lực điện trường các electron sẽ chuyển động từ catot sang anot và trong mạch xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron bứt ra từ catot bị nung nóng.
Dòng điện trong chất bán dẫn
Khi không có điện trường đặt vào tinh thể bán dẫn, electron và lỗ trống chuyển động nhiệt hỗn loạn, không có chiều ưu tiên trong bán dẫn không có dòng điện. Khi có điện trường đặt vào trong chất bán dẫn lực điện trường tác dụng lên các electron và lỗ trống làm cho chúng chuyển động có hướng. Electron chuyển động ngược chiều điện trường, còn lỗ trống chuyển động ngược chiều điện trường nghĩa là trong bán dẫn xuất hiện dòng điện. Vậy dòng điện trong chất bán dẫn tinh khiết là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do và các lỗ trống dưới tác dụng của điện trường.
Trên đây là các thông tin chi tiết về các khái niệm cơ bản trong kỹ thuật điện. Để biết thêm những thông tin chi tiết, vui lòng liên hệ trường dạy nghề Thanh Xuân qua website https://truongdaotaonghethanhxuan.edu.vn/ hoặc đến địa chỉ 93 Nguyễn Tuân, Thanh Xuân, Hà Nội, hotline: (024) 35 58 95 95 hoặc 0936 98 90 90.