Đề 5 – Bài tập, đề thi trắc nghiệm online Vật liệu điện

Tụ điện gốm thường sử dụng vật liệu gốm có hằng số điện môi cao (như barium titanate) làm điện môi, cho phép đạt được giá trị điện dung lớn trong kích thước nhỏ gọn.

Lớp vỏ bảo vệ bên ngoài của cáp điện thường được làm từ các vật liệu polyme như polyetylen (PE) hoặc polyvinyl clorua (PVC) vì chúng có khả năng cách điện, chống ẩm, chống chịu thời tiết, và bảo vệ cơ học cho lõi cáp bên trong.

Vật liệu cách điện được thiết kế để ngăn chặn dòng điện, do đó chúng cần có độ dẫn điện càng thấp càng tốt (tức là điện trở suất càng cao càng tốt).

Đồng có độ dẫn điện cao, độ bền kéo tốt, và khả năng chống ăn mòn tương đối, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến cho dây dẫn điện dân dụng.

Đối với hầu hết kim loại, điện trở suất tăng khi nhiệt độ tăng. Điều này là do sự tăng nhiệt độ làm tăng độ dao động của các nguyên tử trong mạng tinh thể kim loại, cản trở sự di chuyển của các electron tự do, dẫn đến tăng điện trở.

Điện trở dây quấn sử dụng dây kim loại hoặc hợp kim có điện trở suất cao (như Niken-Crom, Constantan, Manganin) được quấn quanh một lõi cách điện. Các hợp kim này có điện trở suất ổn định và ít thay đổi theo nhiệt độ trong một phạm vi nhất định.

Vật liệu điện môi (chất cách điện) trong tụ điện có chức năng chính là cách ly hai bản cực dẫn điện để ngăn chặn dòng điện trực tiếp chạy qua, đồng thời nó làm tăng khả năng tích trữ điện tích (điện dung) của tụ điện so với khi không có điện môi.

Mặc dù độ dẫn điện của nhôm thấp hơn đồng, nhôm vẫn được ưu tiên sử dụng cho đường dây tải điện cao thế vì nó nhẹ hơn đồng đáng kể (giảm tải trọng cho cột điện) và có giá thành rẻ hơn, làm giảm chi phí tổng thể của hệ thống truyền tải điện.

Điện trở suất là một đặc tính vật liệu nội tại, chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu và nhiệt độ. Nhiệt độ tăng thường làm tăng điện trở suất của kim loại do sự tăng cường độ dao động của mạng tinh thể.

Gốm sứ kỹ thuật, đặc biệt là các loại gốm alumina và porcelain, được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện trong các ứng dụng cao áp nhờ có điện trở suất rất cao, độ bền điện môi (khả năng chịu đựng điện trường mạnh) lớn, và khả năng chịu nhiệt độ cao.

Do điện trở của vật liệu siêu dẫn bằng không, không có sự tiêu thụ năng lượng dưới dạng nhiệt khi dòng điện chạy qua nó. Điều này là một trong những ưu điểm lớn nhất của vật liệu siêu dẫn.

Silicon (Si) là một á kim, thuộc nhóm 14 trong bảng tuần hoàn, và là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất trong công nghiệp điện tử.

Vật liệu bán dẫn có điện trở suất ở mức trung gian giữa chất dẫn điện (điện trở suất thấp) và chất cách điện (điện trở suất cao), và đặc biệt, điện trở suất của chúng có thể thay đổi đáng kể dưới tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, hoặc điện trường.

Vật liệu áp điện được ứng dụng rộng rãi trong các cảm biến áp suất, cảm biến gia tốc, micro (chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu điện), loa (chuyển đổi tín hiệu điện thành âm thanh), và các thiết bị tạo dao động cơ học.

Chất bán dẫn loại p được tạo ra bằng cách pha tạp chất bán dẫn (như silicon hoặc germanium) với các tạp chất có hóa trị ba (như Boron, Gallium, Indium). Boron (hóa trị 3) khi pha vào silicon (hóa trị 4) tạo ra `lỗ trống` (hole), là hạt tải điện dương, tạo thành chất bán dẫn loại p.

Gốm alumina có khả năng chịu nhiệt rất tốt và duy trì tính chất cách điện ở nhiệt độ cao tốt hơn nhiều so với giấy, cao su và polyetylen, vốn có thể bị phân hủy hoặc mất tính chất cách điện ở nhiệt độ cao.

Nhôm có độ dẫn nhiệt rất tốt, trọng lượng nhẹ, và giá thành hợp lý, nên được sử dụng rộng rãi làm vật liệu tản nhiệt cho các linh kiện điện tử để truyền nhiệt từ linh kiện ra môi trường xung quanh, giúp làm mát và duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định.

Pha tạp là quá trình thêm tạp chất vào vật liệu bán dẫn tinh khiết để thay đổi nồng độ electron hoặc lỗ trống, từ đó điều chỉnh điện trở suất và tính chất dẫn điện của vật liệu theo mong muốn.

Polyetylen (PE) là một polyme phổ biến được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện cho cáp điện nhờ tính chất cách điện tốt, linh hoạt và giá thành hợp lý.

Vật liệu từ giảo có đặc tính biến dạng hình học (thay đổi kích thước hoặc hình dạng) khi được đặt trong từ trường, và ngược lại, khi bị biến dạng cơ học, chúng tạo ra sự thay đổi trong tính chất từ của mình.

Vật liệu cách điện lỏng, như dầu biến thế, có ưu điểm chính là khả năng tự phục hồi cách điện sau khi xảy ra phóng điện cục bộ. Khi phóng điện xảy ra trong chất lỏng, nó có thể tạo ra khí hoặc phân hủy chất lỏng, nhưng sau đó chất lỏng có thể tái hợp lại hoặc được thay thế, khôi phục khả năng cách điện.

Ứng dụng quan trọng nhất của vật liệu siêu dẫn hiện nay là trong các nam châm siêu dẫn mạnh mẽ được sử dụng trong máy quét cộng hưởng từ (MRI), tàu điện từ trường (Maglev), và các thiết bị khoa học kỹ thuật khác đòi hỏi từ trường mạnh.

Vật liệu từ mềm là vật liệu từ tính dễ dàng bị từ hóa và khử từ. Ferrite mềm là một ví dụ điển hình, được sử dụng rộng rãi trong lõi biến áp và cuộn cảm vì tính từ mềm và điện trở suất cao.

Vật liệu ferit là vật liệu từ tính gốm, có tính từ mềm (dễ từ hóa và khử từ) và điện trở suất cao. Điện trở suất cao giúp giảm thiểu dòng điện xoáy trong lõi, làm giảm tổn thất năng lượng trong biến áp và cuộn cảm hoạt động ở tần số cao.

Thermistors loại NTC (Negative Temperature Coefficient) là điện trở nhiệt có hệ số nhiệt điện trở âm, nghĩa là điện trở của chúng giảm khi nhiệt độ tăng. Carbon cũng có hệ số nhiệt điện trở âm nhưng thermistors NTC được thiết kế chuyên biệt cho đặc tính này và có hệ số âm lớn hơn nhiều so với carbon.

Vật liệu áp điện có khả năng chuyển đổi trực tiếp giữa cơ năng (áp suất, lực ép, rung động) và điện năng (điện áp, dòng điện). Khi bị biến dạng cơ học, chúng tạo ra điện tích, và ngược lại, khi có điện trường, chúng bị biến dạng cơ học.

Điện cực trong pin và ắc quy cần phải là vật liệu dẫn điện tốt để cho phép dòng điện electron hoặc ion di chuyển dễ dàng trong quá trình phóng điện và nạp điện. Các vật liệu dẫn điện như kim loại và hợp chất dẫn điện thường được sử dụng.

Vật liệu siêu dẫn có đặc tính nổi bật là điện trở suất giảm xuống bằng không đột ngột khi nhiệt độ giảm xuống dưới một giá trị tới hạn nhất định, cho phép dòng điện chạy qua mà không có bất kỳ sự mất mát năng lượng nào.

Vật liệu FR-4 (Flame Retardant type 4) là một loại composite phổ biến được sử dụng rộng rãi để sản xuất bảng mạch in (PCB). Nó là nhựa epoxy được gia cường bằng sợi thủy tinh, có tính cách điện tốt, độ bền cơ học đủ và khả năng chống cháy.

Điện trở là linh kiện có chức năng chính là cản trở hoặc hạn chế dòng điện trong mạch điện, điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong mạch.