Đề 14 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Vật liệu điện

Silicon và Germanium là hai vật liệu bán dẫn phổ biến nhất, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất linh kiện điện tử như transistor, diode và vi mạch tích hợp.

Sắt dễ bị ăn mòn điện hóa (gỉ sét) trong môi trường ẩm ướt do phản ứng oxy hóa khử giữa sắt, oxy và nước. Đồng và nhôm cũng có thể bị ăn mòn nhưng chậm hơn sắt, còn vàng thì rất trơ về mặt hóa học và ít bị ăn mòn.

Vật liệu ferit là loại vật liệu từ tính gốm, có độ thẩm từ cao và đặc biệt là tổn hao lõi (core loss) thấp ở tần số cao. Điều này làm cho ferit trở thành lựa chọn lý tưởng cho lõi của cuộn cảm và biến áp hoạt động ở tần số cao, giúp giảm tổn thất năng lượng và tăng hiệu suất.

Polyetylen là một loại nhựa dẻo phổ biến, được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện trong cáp điện và các ứng dụng khác do khả năng cách điện tốt và tính linh hoạt.

Tụ điện hoạt động dựa trên khả năng tích trữ điện tích khi có điện trường. Lớp điện môi (dielectric layer) giữa các bản cực của tụ điện phải là vật liệu cách điện tốt và có khả năng phân cực (vật liệu điện môi) để tăng cường khả năng tích trữ điện.

Thạch anh là một trong những vật liệu áp điện được sử dụng rộng rãi nhất. Tính chất áp điện của thạch anh được ứng dụng trong các bộ dao động tinh thể, cảm biến áp suất, và các thiết bị đo thời gian chính xác.

Perovskite là một loại vật liệu mới nổi, có cấu trúc tinh thể đặc biệt và khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời rất tốt. Nghiên cứu về pin mặt trời perovskite đang phát triển mạnh mẽ do tiềm năng đạt hiệu suất cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn so với pin silicon truyền thống.

Gallium Nitride (GaN) là vật liệu bán dẫn băng thông rộng, phát ra ánh sáng trong vùng phổ xanh lam và tử ngoại. Khi kết hợp với phosphor, GaN được sử dụng để tạo ra ánh sáng trắng hiệu suất cao trong đèn LED chiếu sáng hiện đại.

Điện trở trong mạch điện tử được thiết kế để có giá trị điện trở xác định. Chúng thường được chế tạo từ các vật liệu có điện trở suất trung bình, như hợp kim (ví dụ như nichrome, constantan) hoặc carbon, để kiểm soát dòng điện trong mạch.

Gốm chịu lửa có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt độ rất cao (chịu lửa) và tính cách điện tốt. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện trong các lò nung điện và các ứng dụng nhiệt độ cao khác.

Hệ số Seebeck (S) là một thông số quan trọng đặc trưng cho vật liệu nhiệt điện, mô tả độ lớn của điện áp nhiệt điện (thermoelectric voltage) được tạo ra trên mỗi độ Kelvin chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu vật liệu.

Tổn thất năng lượng do hiệu ứng Joule-Lenz (tỏa nhiệt) tỉ lệ thuận với điện trở của dây dẫn. Để giảm thiểu tổn thất này, vật liệu dẫn điện lý tưởng cần có điện trở suất càng thấp càng tốt, giúp dòng điện chạy qua dễ dàng hơn và giảm nhiệt sinh ra.

Vật liệu từ cứng có khả năng giữ từ dư (remanence) và lực kháng từ (coercivity) cao, cho phép chúng duy trì từ tính mạnh mẽ sau khi bị từ hóa. Do đó, chúng được sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu, ứng dụng trong nhiều thiết bị như loa, động cơ nhỏ, và thiết bị đo.

Gốm sứ có khả năng chịu nhiệt độ cao và điện áp đánh thủng (dielectric strength) rất lớn. Điều này làm cho chúng trở thành vật liệu cách điện lý tưởng trong các ứng dụng điện cao áp, nơi cần khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt.

Niken-Crom (Nichrome) là hợp kim có điện trở suất cao và khả năng chịu nhiệt độ cao mà không bị oxy hóa. Do đó, nichrome được sử dụng rộng rãi làm dây đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt như bàn là điện, lò nướng, máy sấy tóc, nơi cần tạo ra nhiệt lượng lớn từ dòng điện.

Vật liệu từ mềm có độ thẩm từ cao, dễ dàng từ hóa và khử từ, và có từ trễ thấp (hysteresis loss thấp). Điều này giúp chúng tối ưu hóa hiệu suất và giảm tổn thất năng lượng trong các ứng dụng biến áp và động cơ điện.

Vật liệu áp điện có khả năng chuyển đổi qua lại giữa cơ năng và điện năng. Khi chịu áp lực cơ học, chúng tạo ra điện áp (hiệu ứng áp điện thuận), và ngược lại, khi có điện áp đặt vào, chúng biến dạng cơ học (hiệu ứng áp điện nghịch). Ứng dụng trong cảm biến, bộ kích thích, và đầu dò siêu âm.

Polyetylen liên kết ngang (XLPE) là vật liệu polymer có tính chất cách điện vượt trội, độ bền nhiệt cao, và khả năng chịu hóa chất tốt. Do đó, XLPE được sử dụng rộng rãi làm vỏ bọc cách điện cho dây cáp điện cao thế, đảm bảo an toàn và độ tin cậy trong truyền tải điện.

Hiện tượng siêu dẫn, tức là trạng thái vật chất có điện trở suất bằng không, chỉ xảy ra ở nhiệt độ cực kỳ thấp, thường gần độ không tuyệt đối (-273.15°C). Các vật liệu siêu dẫn cần được làm lạnh đến nhiệt độ tới hạn để thể hiện tính siêu dẫn.

Đồng được sử dụng phổ biến nhất do tính dẫn điện cao, độ bền kéo tốt, dễ uốn và giá thành hợp lý so với các vật liệu khác như vàng hay bạc.

Vật liệu nhiệt điện có khả năng chuyển đổi trực tiếp giữa nhiệt năng và điện năng thông qua hiệu ứng Seebeck (chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp) và hiệu ứng Peltier (chuyển đổi điện áp thành sự chênh lệch nhiệt độ). Ứng dụng trong cảm biến nhiệt độ, máy phát điện nhiệt điện, và làm mát nhiệt điện.

Đặc điểm nổi bật của vật liệu bán dẫn là khả năng dẫn điện có thể điều chỉnh được. Bằng cách thay đổi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng hoặc bằng cách thêm tạp chất (quá trình doping), ta có thể kiểm soát độ dẫn điện của chúng.

Thủy tinh có tính chất cách điện tốt, đồng thời lại trong suốt với ánh sáng. Tính chất này làm cho thủy tinh trở thành vật liệu lý tưởng để sản xuất vỏ bóng đèn điện, vừa đảm bảo cách điện an toàn vừa cho phép ánh sáng phát ra từ dây tóc đèn đi qua.

Hệ số nhiệt điện trở (TCR) của kim loại thường dương, có nghĩa là điện trở của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này là do sự tăng nhiệt độ làm tăng dao động mạng tinh thể, cản trở dòng electron.

Vật liệu dẫn điện lý tưởng có điện trở suất bằng không, cho phép dòng điện chạy qua mà không gặp bất kỳ cản trở nào. Tuy nhiên, trong thực tế, không có vật liệu nào có điện trở suất hoàn toàn bằng không ở nhiệt độ thường.

Vật liệu cách điện được thiết kế để ngăn chặn dòng điện chạy qua. Chúng có điện trở suất rất cao, khiến cho việc di chuyển của các điện tích trở nên cực kỳ khó khăn.

Vật liệu điện môi, hay chất điện môi, là vật liệu cách điện có khả năng bị phân cực khi đặt trong điện trường. Sự phân cực này giúp tăng cường khả năng tích trữ năng lượng điện trong tụ điện và các ứng dụng khác.

Silicon là vật liệu bán dẫn chủ đạo trong công nghiệp pin mặt trời. Khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi nó thành điện năng hiệu quả làm cho silicon trở thành lựa chọn hàng đầu cho các tế bào quang điện.

Ưu điểm nổi bật nhất của vật liệu siêu dẫn là khả năng dẫn điện hoàn toàn không điện trở. Điều này có nghĩa là không có sự mất mát năng lượng do nhiệt khi dòng điện chạy qua, giúp tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng điện và điện tử.

Để bảo vệ dây dẫn kim loại khỏi ăn mòn, người ta thường sử dụng biện pháp phủ lớp vật liệu cách điện (ví dụ như nhựa PVC) hoặc mạ kim loại chống ăn mòn (ví dụ như mạ kẽm, mạ niken). Các biện pháp này tạo ra lớp rào cản ngăn vật liệu kim loại tiếp xúc trực tiếp với môi trường ẩm ướt hoặc hóa chất gây ăn mòn.