Vật liệu dẫn điện là gì? Tính chất và các loại vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện là gì? Tính chất và các loại vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện là gì? Đặc điểm, Tính chất và các loại vật liệu dẫn điện

1. Khái niệm về vật liệu dẫn điện

Vật liệu dẫn điện là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện tích tự do. Nếu đặt chúng vào trong một điện trường, các điện tích sẽ chuyển động theo một hướng nhất định của trường và tạo thành dòng điện. Người ta gọi vật liệu có tính dẫn điện.

Vật liệu dẫn điện có thể là chất rắn, chất lỏng và trong những điều kiện nhất định có thể là chất khí.

Ở dạng chất rắn vật liệu dẫn điện gồm có kim loại và các hợp kim của chúng. Trong một số trường hợp là những chất không phải là kim loại mà là chất lỏng dẫn điện, kim loại ở trạng thái chảy lỏng và những chất điện phân.

Kim loại có điện trở suất ρ nhỏ (hay điện dẫn suất γ lớn) là vật dẫn điện tốt.

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.

Vật liệu dẫn điện là gì?
Vật liệu dẫn điện là gì?

2. Các đại lượng

a. Điện trở R

Điện trở là quan hệ giữa hiệu điện thế không đổi đặt lên vật dẫn và dòng điện chạy qua vật dẫn đó (R=U/I).

Điện trở của dây dẫn được xác định theo biểu thức:

Trong đó:

  • R- Điện trở (Ω)
  • ρ- Điện trở suất (Ω mm2/m)
  • S- tiết diện dây dẫn (mm2)
  • l- Chiều dài dây dẫn(m)

b. Điện dẫn G

Điện dẫn G của một dây dẫn là đại lượng nghịch đảo của điện trở R

Điện dẫn G được tính với đơn vị là (1/Ω) = (S) – Simen

c. Điện trở suất ρ

Là điện trở của dây dẫn có chiều dài là một đơn vị chiều dài và tiết diện là một đơn vị diện tích.

Vật liệu dẫn điện có điện trở suất nhỏ.

Dòng điện đi trong vật dẫn được cho bởi công thức:

i = no.S.vtb.e

Trong đó:

  • no : nhiệt độ phần tử mang điện.
  • S : tiết diện vật dẫn
  • vtb: tốc độ chuyển động trung bình của điện tử dưới tác dụng của điện trường E.
  • e : điện tích của phần tử mang điện.

Thay vtb = uE (u – độ di chuyển của phần tử mang điện) vào công thức trên, ta được dạng tổng quát của định luật ôm:

i = no.e.u.E = γE
với γ = no.e.u được gọi là điện dẫn suất.

d. Điện dẫn suất γ

Đại lượng nghịch đảo của điện dẫn suất γ gọi là điện trở suất ρ

Với một vật dẫn có tiết diện S và độ dài l không đổi thì r được xác định bởi biểu thức:

  • R là điện trở dây dẫn.
  • Đơn vị của điện trở suất là Ω mm2/m hoặc mΩcm hoặc Ωm hoặc Ωcm,
  • 1Wcm = 106 mΩcm = 104 Ωmm2/m = 10-2 Ωm.

Từ công thức trên, ta có:

2. Tính chất của vật liệu dẫn điện

2.1. Tầm quan trọng của kim loại và hợp kim

Hiện nay kim loại và hợp kim được dùng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế. Các kim loại đặc biệt là sắt và các hợp kim của của nó như gang, thép là những vật liệu chủ yếu của công nghiệp cơ khí, xây dựng và các phương tiện giao thông vận tải . Một số thép đặc biệt dùng trong công nghệ hoá học, công nghệ hạt nhân, ngành vũ trụ. Kim loại và hợp kim được sử dụng rộng rãi để làm máy móc và công cụ đặc biệt là trong ngành điện vì chúng có ưu điểm hơn hẳn các vật liệu khác: có tính dẫn điện, dẫn nhiệt, độ bền, độ cứng và độ dẻo dai cao. Ngày nay mặc dù chất dẻo ra đời và phát triển mạnh và bên cạnh đó còn có gỗ, tre và thuỷ tinh nhưng kim loại và hợp kim là những vật liệu chủ yếu và quan trọng nhất của ngành công nghiệp hiện đại.

a. Kim loại

Để nhận biết được kim loại người ta dựa vào hệ số nhiệt điện trở ở kim loại hệ số này dương tức là nhiệt độ tăng thì điện trở kim loại tăng.

b. Hợp kim

Hợp kim là sản phẩm của sự nóng chảy của hai hay nhiều nguyên tố mà trong đó chủ yếu là kim loại. Trong thành phần hợp kim có thể có một lượng nhỏ các nguyên tố á kim.

Ví dụ: Thép là hợp kim của sắt và các bon

Nói chung kim loại nguyên chất có nhiều nhược điểm như: độ dẻo, độ bền và độ cứng thấp, do đó các cơ cấu máy không làm bằng kim loại nguyên chất mà phải làm bằng hợp kim.

3.2. Các tính chất của vật liệu dẫn điện

a. Tính chất lý học

Vẻ sáng mặt ngoài của kim loại: theo vẽ sáng bề ngoài của kim loại có thể chia thành kim loại đen và kim loại màu:

  • Kim loại và hợp kim đen: gồm sắt và các hợp kim của sắt, tức là gang và thép.
  • Kim loại màu và hợp kim màu: là tất cả các kim loại và hợp kim còn lại.

Trọng lượng riêng: là trọng lượng của một đợn vị thể tích của vật:

Tính nóng chảy: kim loại có tính chảy loảng khi đốt nóng và đông đặc khi làm nguội. Nhiệt độ ứng với khi kim loại chuyển đổi từ thể đặc sang thể lỏng hoàn toàn gọi là điểm nóng chảy.

Điểm nóng chảy có ý nghĩa rất quan trọng trong công nghệ đúc. Điểm nóng chảy của nhiều hợp kim lại khác điểm nóng chảy của từng kim loại tạo nên hợp kim đó.

Tính dẫn nhiệt: là tính chất truyền nhiệt của kim loại khi bị đốt nóng hoặc làm lạnh. Kim loại có tính dẫn nhiệt tốt thì càng dễ đốt nóng nhanh và đồng đều, cũng như càng dễ nguội nhanh.

Tính giãn nở nhiệt: khi đốt nóng các kim loại giản nở ra và khi làm nguội nó co lại. Sự giản nở nhiệt của các kim loại không giống nhau. Để đánh giá sự giản nở nhiệt của một vật nào đó, người ta đo chính xác độ giản dài của 1 mm vật đó khi nhiệt độ thay đổi 10C. Độ giản dài đo được gọi là hệ số giản nở nhiệt theo chiều dài.

Tính dẫn điện: là khả năng dẫn điện của kim loại. Khi nhiệt độ cao tính dẫn điện giảm. ở nhiệt độ 00K điện trở của kim loại bằng không.

Tính nhiễm từ: là khả năng kim loại bị từ hoá sau khi được đặt trong một từ trường. Sắt và hầu hết các hợp kim của sắt đều có tính nhiễm từ. Niken và côban cũng có tính nhiễm từ và được gọi là chất sắt từ. Còn hầu hết các kim loại khác không có tính nhiễm từ.

Nhiệt dung riêng: là nhiệt độ cần thiết làm tăng nhiệt độ của kim loại lên 10C.

b. Tính chất hoá học

Tính chất hoá học là biểu thị khả năng của kim loại và hợp kim chịu tác dụng hoá học của môi trường có hoạt tính khác nhau và được biểu thị ở hai dạng chủ yếu:

Tính chống ăn mòn: là khả năng chống lại sự ăn mòn của hơi nước hay ôxi của không khí ở nhiệt độ thường hoặc nhiệt độ cao.

Tính chịu axít: là khả năng chống lại tác dụng của các môi trường axít.

c. Tính chất cơ học

Tính chất cơ học của kim loại hay còn gọi là cơ tính là khả năng chống lại tác dụng bên ngoài lên kim loại. Cơ tính của kim loại bao gồm: độ đàn hồi, độ bền, độ dẻo, độ cứng, độ dai va chạm và độ mỏi.

d. Tính công nghệ

Tính công nghệ là khả năng kim loại có thể thực hiện được các phương pháp công nghệ để sản xuất các sản phẩm. Tính công nghệ bao gồm: tính cắt gọt, tính hàn, tính đúc, tính nhiệt luyện.

Tính cắt gọt: là khả năng của kim loại gia công cắt gọt dễ hay khó, được xác định bằng tốc độ cắt, lực cắt và độ bóng bề mặt của kim loại sau khi cắt gọt.

Tính hàn: là khả năng tạo thành sự liên kết khi nung nóng cục bộ chổ nối đến trạng thái chảy hoặc dẻo

Tính rèn: là khả năng biến dạng vĩnh cửu của kim loại khi chịu lực tác dụng lực từ bên ngoài để tạo thành hình dạng của chi tiết máy, mà không bị phá hỏng.

Tính đúc: được xác định bởi độ chảy loảng của kim loại khi nấu chảy để đổ đầy vào khuôn đúc, độ co và tính thiên tích (tính thiên tích là độ không đồng nhất về thành phần hoá học trong từng phần của vật đúc và trong nội bộ các hạt của kim loại hay hợp kim).

Tính nhiệt luyện: là khả năng làm thay đổi độ cứng, độ dẻo, độ bền của kim loại bằng cách nung nóng kim loại tới nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian rồi sau đó làm nguội theo một chế độ nhất định.

Sau khi nhiệt luyện, mức độ thay đổi của các kim loại cũng khác nhau, có kim loại thay đổi nhiều, có kim loại thay đổi ít và có kim loại hầu như không thay đổi.

Tính kéo giãn: là tính chất của vật liệu có thể gia công được thành sợi. Yêu cầu vật liệu phải có cấu trúc dính chắc và phải có độ dẻo dai cao. Đây là một tính chất quan trọng trong công nghệ chế tại dây dẫn điện.

e. Tính già hóa của kim loại

Tính già hóa của kim loại là sự thay đổi theo thời gian của các tính chất kim loại hay hợp kim. ở nhiệt độ môi trường xung quanh, thông thường sau một thời gian kéo dài nó sẽ tạo nên sự già hóa (tính già hóa tự nhiên), còn khi nhiệt độ tăng lên thì tính già hóa nhanh hơn (tính già hóa nhân tạo).

4. Những hư hỏng thường gặp và cách chọn vật liệu dẫn điện

Xem Tại đây

5. Một số vật liệu dẫn điện thông dụng

Kim loại có điện trở suất ρ nhỏ (hay điện dẫn suất γ lớn) là vật dẫn điện tốt.

Đồng, nhôm, sắt, kẽm, vàng, bạc…và hợp kim của chúng là những chất dẫn điện tốt.

5.1 Đồng và hợp kim của đồng

a. Đồng (Cu)

Đồng là vật liệu dẫn điện quan trọng nhất trong tất cả các vật liệu dẫn điện dùng trong kỹ thuật điện vì nó có những ưu điểm nổi trội so với các vật liệu dẫn điện khác

* Đặc tính chung:

  • Là kim loại có màu đỏ nhạt sáng rực
  • Điện trở suất ρCu nhỏ (chỉ lớn hơn so với bạc Ag nhưng do bạc đắt tiền hơn nên ít được dùng so với đồng).
  • Có sức bền cơ giới đủ lớn.
  • Trong đa số trường hợp có thể chịu được tác dụng ăn mòn (có sức đề kháng tốt đối với sự ăn mòn).
  • Dễ gia công: cán mỏng thành lá, kéo thành sợi.
  • Dễ uốn, dễ hàn.
  • Có khả năng tạo thành hợp kim tốt.
  • Là kim loại hiếm chỉ chiếm khoảng 0,01% trong lòng đất

Đồng dùng trong kỹ thuật điện phải được tinh luyện bằng điện phân, tạp chất lẫn trong đồng dù một lượng rất nhỏ thì tính dẫn điện của nó cũng giảm đi đáng kể.

Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng: nếu trong đồng có 0,5% Zn, Ni hay Al thì điện dẫn suất của nó (γCu) giảm đi 25% ÷ 40% và nếu trong đồng có 0,5% Ba, As, P, Si thì có thể giảm đến 55%.

Vì vậy để làm vật dẫn, thường chỉ dùng đồng điện phân chứa trên 99,9% Cu.

* Điện trở suất và các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất

Đồng được tiêu chuẩn hóa trên thị trường quốc tế ở 200C có:

  • ρ = 1,7241.10-6(Ω.cm)
  • γ = 0,58.106 (1/Ω.cm)
  • α = 0,00393 (1/0C)

Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở suất

  • Ảnh hưởng của các tạp chất
  • Ảnh hưởng của gia công cơ khí
  • Ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt

Nhìn chung các ảnh hưởng trên đều giảm điện dẫn suất của đồng.

* Phân loại:

  • Đồng khi kéo nguội được gọi là đồng cứng: nó có sức bền cao, độ giãn dài nhỏ, rắn và đàn hồi (khi uốn).
  • Đồng được nung nóng rồi để nguội gọi là đồng mềm: nó ít rắn hơn đồng cứng, sức bền cơ giới kém, độ giãn khi đứt rất lớn và có điện dẫn suất γ cao.
  • Đồng được sử dụng trong công nghiệp là loại đồng tinh chế, nó được phân loại trên cơ sở các tạp chất có trong đồng tức là mức độ tinh khiết.

Bảng: Mức độ tinh khiết của đồng tinh chế

Ký hiệu CuE Cu9 Cu5 Cu0
Cu% 99,95 99,90 99,50 99,00

Trong kỹ thuật người ta sử dụng đồng điện phân CuE và Cu9 để làm dây dẫn điện.

* Ứng dụng:

  • Đồng cứng được dùng ở những nơi cần sức bền cơ giới cao, chịu được mài mòn như làm cổ góp điện, các thanh dẫn ở tủ phân phối, các thanh cái các trạm biến áp, các lưỡi dao chính của cầu dao, các tiếp điểm của thiết bị bảo vệ…
  • Đồng mềm được dùng ở những nơi cần độ uốn lớn và sức bền cơ giới cao như: ruột dẫn điện cáp, thanh góp điện áp cao, dây dẫn điện, dây quấn trong các máy điện.

b. Hợp kim của đồng

Hợp kim trong đó vật liệu đồng là thành phần cơ bản, có đặc điểm là sức bền cơ khí lớn, độ cứng cao, có độ dai tốt, màu đẹp và có tính chất dễ nóng chảy.

Hợp kim của đồng có thể đúc thành các dạng bình phức tạp; người ta dễ dàng gia công trên máy công cụ và cỏ thể phủ lên bề mặt của các kim loại khác theo phương pháp mạ điện. Những hợp kim chính của đồng được sử dụng trong kỹ thuật điện là: Đồng thanh, đồng thau, các hợp kim dùng làm điện trở.

Ngoài việc dùng đồng tinh khiết để làm vật dẫn, người ta còn dùng các hợp kim của đồng với các chất khác như: thiếc, silic, phốtpho, bêrili, crôm, mangan, cadmi…, trong đó đồng chiếm vị trí cơ bản, còn các chất khác có hàm lượng thấp. Căn cứ vào lượng và thành phần các chất chứa trong đồng, người ta chia hợp kim của đồng thành các dạng chủ yếu như sau:

* Đồng thanh (đồng đỏ): Là hợp kim của đồng với các nguyên tố kim loại khác trừ kẽm. Nếu trong đồng thanh chỉ có hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh nhị nguyên, nếu có nhiều hơn hai nguyên tố kim loại thì ta gọi là đồng thanh đa nguyên. Đồng thanh có đặc tính dễ cắt gọt và tính chống ăn mòn cao, một số đồng thanh còn có tính chống mài mòn làm hợp kim đỡ sát, chế tạo ổ trục. Đồng thanh có tính đúc tốt, đồng thanh với những thành phần thích hợp nó có những tính chất cơ học tốt hơn đồng . Điện trở suất của đồng thanh cao hơn đồng tinh khiết. Đồng thanh cũng được sử dụng rộng rãi để chế tạo lò xo dẫn điện, làm các tiếp điểm đặc biệt là tiếp điểm trượt.

Tính chất của hợp kim đồng kỹ thuật được cho trong bảng:

Hợp kim Trạng thái Điện dẫn % so với đồng (Cu) Giới hạn bền kéo, kG/mm2 Độ giãn dài tương đối khi đứt, %
Đồng thanh cadmi (0,9% cd)

Kéo nguội

95

83 ÷ 90

Đến 31

Đến 73

50

4

Đồng thanh (0,8 %Cd; 0,6 %Sn)

Kéo nguội

55 ÷ 60

50 ÷ 55

29

Đến 73

55

4

Đồng thanh (2,5%Al; 2% Sn)

Kéo nguội

15 ÷ 18

15 ÷ 18

37

Đến 97

45

4

Đồng thanh phốt pho

Kéo nguội

10 ÷ 15

10 ÷ 15

40

105

60

3

Đồng thau

Kéo nguội

25

25

32 ÷ 35

Đến 88

60 ÷ 70

5

* Đồng thau:

Đồng thau là một hợp kim đồng với kẽm, trong đó kẽm không vượt quá 46%. Ở nhiệt độ cao, sức bền của đồng thau đối với sự ăn mòn do oxyt hóa sẽ giảm. Tốc độ oxyt hóa của đồng thau càng nhỏ (so với đồng tinh khiết) khi tỷ lệ phần trăm của kẽm càng lớn.

Nếu tỷ lệ phần trăm của kẽm lớn hơn 25%, thì lớp bảo vệ của oxyt kẽm tạo nên trên bề mặt của vật liệu càng nhanh khi nhiệt độ càng lớn.

Còn nếu tỷ lệ phần trăm của kẽm nhỏ thì trên bề mặt của vật liệu sẽ tạo một lớp màu hơi đen giàu oxyt đồng. Tính chất này của đồng thau với tỷ lệ lớn hơn 25% kẽm tạo thành một lớp bảo vệ ở 3000C và đôi khi được sử dụng để bảo vệ các chi tiết chống lại sự ăn mòn của không khí có Amôniac nếu không sử dụng một phương pháp bảo vệ nào khác.

Để tăng sức đề kháng đối với sự ăn mòn điện hoá, người ta thường tẩm thiếc hay tráng kẽm khi đồng thau còn nóng.

Đồng thau được sử dụng nhiều trong nghành điện để gia công các chi tiết dẫn dòng điện như: các đầu cực, các thanh cái ở các bảng phân phối, các đầu nối đến hệ thống tiếp đất, các móc giữ, các móc hình chữ T, các mối nối nhánh, các đầu để gắn cầu chì, lưỡi và ngàm trong cầu dao vv…

5.2. Nhôm và hợp kim của nhôm

a. Nhôm (Al)

* Tầm quan trọng của nhôm trong kỹ thuật điện.

Sau đồng, nhôm là vật liệu quan trọng thứ hai được sử dụng trong kỹ thuật điện, nhôm có điện dẫn suất cao (nó chỉ thua bạc, đồng và thiếc), trọng lượng riêng giảm (2,76 G/cm3), tính chất vật liệu và hoá học cho ta khả năng dùng nó làm dây dẫn điện. Nhôm có cấu trúc mạng tinh thể là „‟lập phương diện tâm” và không đổi cho đến khi nguội ở nhiệt độ thường.

Nhôm có màu bạc trắng là kim loại tiêu biểu cho các kim loại nhẹ (nghĩa là kim loại có khối lượng riêng nhỏ hơn 5 G/cm3). Khối lượng riêng của nhôm đúc gần bằng 2,6 G/cm3, nhôm cán là 2,76 G/cm3, nhẹ hơn đồng 3,5 lần. Hệ số nhiệt độ dãn nở dài, nhiệt dung và nhiệt nóng chảy của nhôm đều lớn hơn đồng. Nhôm có sức bền đối với sự ăn mòn của môi trường do có lớp màng mỏng oxyt tạo ở bề mặt khi tiếp xúc với không khí. Lớp màng mỏng oxyt này có điện trở lớn nên cản trở việc thực hiện tiếp xúc tốt giữa các dây dẫn. Cũng tương tự lớp này tạo khó khăn cho hàn và dính kết các dây dẫn.

Ngoài ra nhôm còn có một số ưu nhược điểm sau:

* Ưu điểm:

  • Giá thành thấp hơn nhiều lần so với đồng.
  • Trọng lượng nhẹ nên được dùng để chế tạo các đường dây tải điện trên không, những đường cáp này để có điện trở nhỏ, đường kính dây phải lớn nên giảm được hiện tượng phóng điện vầng quang.

* Nhược điểm:

  • Sức bền cơ khí tương đối bé và gặp khó khăn trong việc thực hiện tiếp xúc điện khi nối với nhau.
  • Cùng một tiết diện và độ dài, nhôm có điện trở cao hơn đồng 1,63 lần.
  • Khó hàn nối hơn đồng, chổ nối tiếp xúc không hàn dễ hình thành lớp ôxít có trị số điện trở suất khá cao phá hủy chổ tiếp xúc.
  • Khi cho nhôm và đồng tiếp xúc nhau, nếu bị ẩm sẽ hình thành pin cục bộ có trị số suất điện động khá cao, dòng điện đi từ nhôm sang đồng phá huỷ mối tiếp xúc rất nhanh.

* Ứng dụng:

Trong kỹ thuật điện, nhôm được sử dụng phổ biến để chế tạo:

  • Dây dẫn điện đi trên không để truyền tải điện năng.
  • Ruột cáp điện.
  • Các thanh ghép và chi tiết cho trang thiết bị điện.
  • Dây quấn trong các máy điện.
  • Các lá nhôm để làm tụ điện, lõi dẫn từ máy biến áp, các rôto của động cơ điện,…

b. Hợp kim của nhôm:

Nhôm có nhiều hợp kim dùng để đúc và để kéo dây dẫn điện.

Các hợp kim chính của nhôm dùng để đúc có thể là những loại sau: Al-Zn-Cu, Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg, Al-Mg-Mn.

Một hợp kim được dùng phổ biến để chế tạo dây dẫn là hợp kim “aldrey”. Chúng là hợp kim của nhôm với (0,3÷0,5)%Mg, (0,4÷0,7)% Si, (0,2÷0,3)% Fe. Tổ hợp làm cho hợp kim có tính chất cơ khí tốt. Dây dẫn bằng hợp kim loại “aldrey” nhận được thông qua việc tôi hợp kim (nung nóng đến 500÷6000C), kéo nó thành sợi ở kích thước mong muốn và làm già hóa nhân tạo bằng nung nóng 150÷2000C. Sức bền của dây dẫn “aldrey” lớn gấp khoảng 2 lần so với dây dẫn Al tinh khiết. Vì vậy, khi dùng dây dẫn “aldrey” có thể tăng khoảng cách giữa các cột của đường dây trên không, giảm chi phí xây dựng đáng kể.

5.3 Chì và hợp kim của chì

* Đặc tính

Chì là kim loại có màu tro sáng ngã màu xanh da trời, là kim loại mềm, dễ dàng uốn cong hoặc cắt bằng dao cắt công nghiệp. Chỗ mới cắt có màu sáng rực và màu sáng rực này mất đi rất nhanh và trở thành màu tro.

Nó có sức bền đối với thời tiết xấu do có những tổ hợp bảo vệ hình thành trên bề mặt (PbCO3, PbSO4,…).

Không bị tác dụng bởi axit clohydric, axit sulphuaric, axit sulphuarơ, axit flohydric,axit phosphoric hoặc amôniac, clo, xút, borax.

Chì hòa tan dễ dàng trong axit nitric pha loãng hay axit axêtic pha loãng.

Chì có sức bền với muối amoniac, clorua, dầu…nhưng không bền đối với chất kiềm.

Sự bay hơi của chì rất độc hại.

Chì là kim loại rất dễ dát mỏng thành sợi, thành tấm.

Ở trạng thái lỏng, chì dễ chảy và có thể làm đầy khuôn mẫu. Do nhiệt độ nóng chảy thấp nên người ta dùng chì làm vật liệu hàn và hàn gắn rất tốt.

Chì không có sức đề kháng ở dao động, đặc biệt ở môi trường nhiệt độ cao. Vì vậy cáp có vỏ bọc chì không nên đặt ở gần đường sắt vì như vậy có thể xuất hiện các đường nứt. Hợp kim chì với tỉ leeh phần trăm nhỏ của SB, Te, Cu, Sn thì sẽ tạo cho chì 1 cấu trúc mịn hơn và có sức đề kháng đối với sự dao động nhưng ít bền đối với sự ăn mòn.

Sau khi giãn nở do nhiệt, chì mềm không trở lại dạng kích thước ban đầu.

Chì là loại vật liệu bảo vệ tốt nhất đối với sự xuyên thủng của tia Rơnghen (tia X).

* Ứng dụng

Chì và hợp kim của chì dùng làm vỏ bảo vệ ở cáp điện nhằm chống ẩm ướt.

Chì không bị thẩm thấu bởi chất lỏng và khí, nó bảo vệ ngăn cách đối với ẩm ướt.

Chì tham gia vào các hợp kim.

Chì được dùng để chế tạo ăcquy điện có các tấm bản chì.

Chì được sử dụng làm dây chì nóng chảy để bảo vệ các đường dây dẫn điện. Chì được sử dụng như vật liệu bảo vệ đối với sự hấp thụ của tia Rơnghen.

5.4. Sắt và hợp kim của sắt

* Tính chất của sắt

Sắt tinh khiết là kim loại màu trắng bạc, không khí khô không tác dụng vào sắt, song nó bị tác dụng bởi khí quyển ẩm và axit, nhưng ít hơn sắt kỹ thuật (vì sắt kỹ thuật có nhiều tạp chất).

Dây dẫn bằng thép bị ăn mòn thông qua hiện tượng rỉ ở nhiệt độ bình thường, đặc biệt trong môi trường ẩm thấp.

Để tránh ăn mòn, bề mặt tiếp xúc của các thanh góp của các trang thiết bị điện người ta phủ một lớp cadmi, tức tạo ra một lớp bảo vệ ổn định đối với không khí..

Dây dẫn bằng thép có thể chịu đựng tốt ở nhiệt độ đến 1000C mà không làm biến đổi phẩm chất cơ khí của thép.

Điện trở của dây dẫn thép ở dòng xoay chiều tăng hơn so với dòng một chiều do ảnh hưởng của hiệu ứng màng ngoài..

* Ứng dụng

Thép có điện trở suất gấp 7 ÷ 8 lần so với đồng nhưng sức bền cơ khí gấp 2 ÷ 2,5 lần, do đó dây dẫn thép được sử dụng ở những cột lớn, những tuyến vượt sông rộng…và có thể sử dụng cho những khoảng cột lớn từ 1500 ÷ 1900m.

Dây dẫn bằng thép có thể được mắc với độ võng bé hơn các dây dẫn khác, do vậy cột có thể thấp hơn nhưng khỏe hơn. Lực kéo căng của dây thép khá lớn nên có thể dùng thép các cột thấp hơn.

Sự phong phú của thép trong quặng thiên nhiên và giá thành thấp của thép làm cho giá thành của dây dẫn thép thấp hơn dây dẫn đồng hay nhôm.

Sự tổn thất nhiều trong lưới điện dùng dây dẫn thép phải được nghiên cứu và tính toán nên chỉ dùng dây dẫn thép trong trường hợp năng lượng điện có giá thành hạ.

Thanh ray của tàu điện, của đường sắt con tàu sử dụng điện, của đường sắt mêtrô được sử dụng như các đường dây dẫn điện.

Dây dẫn bằng thép thay cho dây đồng đối với những thiết bị phải làm việc trong những điều kiện nặng nhọc như va đập cơ khí, áp suất lớn, bụi khói,…dẫn đến bị mài mòn nhanh.

Dây dẫn bằng thép được dùng làm dây dẫn bảo vệ đối với quá điện áp của đường dây trên không (dây chống sét), dây dẫn sét và trang thiết bị nối đất.

Một lĩnh vực quan trọng khác của việc ứng dụng dây dẫn điện bằng thép và các chi tiết bằng gang là chế tạo các điện trở phát nóng với nhiệt độ phát nóng lên đến 300 – 5000C, đồng thời dùng làm biến trở khởi động và điều chỉnh.

Thép rèn đôi khi được dùng ở vòng cổ góp của máy điện để thay thế cho các vòng bằng đồng hay thanh gang.

Sắt được làm dây tóc bóng đèn hay sử dụng làm điện trở.

Sắt tinh khiết (được chế tạo bằng điện phân) được sử dụng chế tạo các điện cực anot (điện cực dương) ở các chỉnh lưu với bể thủy ngân.

5.5. Wofram (W)

* Đặc tính của wonfram (W)

Wonfram là kim loại rất cứng, có màu tro chiếu sáng, không bị thay đổi ở nhiệt độ thường dù có hơi nước.

Ở 7000C, wonfram bắt đầu bị oxi hóa, tạo nên oxit màu trắng (WO3), nếu tăng nhiệt độ, oxit trắng này sẽ chuyển sang màu vàng.

Ở nhiệt độ cao, wonfram phản ứng với oxit cacbon, nitơ, hơi nước và hydro cacbua, wonfram không phản ứng với thủy ngân và hidro.

Ở các khí cụ điện với kỹ thuật chân không, có sợi tóc nung nóng bằng wonfram (đèn nung sáng, bóng điện tử…), nếu bên trong có vết hơi nước thì dây tóc sẽ bị hủy hoại rất nhanh.

Giải thích tại sao ?

Ở nhiệt độ của dây tóc, hơi nước bị phân tích và oxy từ kết quả của sự phân tích này sẽ tác dụng với wonfram tạo nên oxit WO3 bám vào bờ của bóng đèn. Trên đường đi từ sợi tóc đến các bờ của bóng đèn, hay sau khi đạt đến bờ bóng đèn, WO3 sẽ bị giảm bởi hydro (do sự phân tích của hơi nước) sẽ tái tạo lại nước. Như vậy wonfram của sợi tóc sẽ vận chuyển và bám vào bờ của bóng đèn.

Wonfram không tan trong axit, nó hòa tan trong Na2CO3 nóng chảy.

Những chi tiết wonfram tương đối dày cũng dễ vỡ và đứt vì mối liên hệ cơ học giữa mạng tinh thể rất yếu.

Đối với những sợi tóc phải uốn thành những vòng xoắn, người ta chỉ sử dụng dây đa tinh thể, mạng kết cấu này sẽ cản trở việc tái tạo lại mạng tinh thể bằng cách đưa vào các oxit khó bay hơi (SiO2, CaO, K2O, Al2O3, ThO2).

Cùng với việc thêm vào oxit ThO2 (0,75÷2%) người ta đã thành công trong việc chế tạo dây tóc bằng wonfram, nó chịu được đến nhiệt độ 25000C và tương đối bền vững đối với sự biến dạng.

Wonfram là kim loại có sức bền đứt và độ cứng rất cao, có nhiệt độ nóng chảy cao nhất trong tất cả các kim loại (33800C)

Sức bền cơ khí và sự kéo dài của wonfram thay đổi tùy theo nhiệt độ và phương pháp gia công.

Tốc độ bay hơi của wonfram trong khí quyển nitơ là 2 ÷ 5% nhỏ hơn trong chân không, còn trong khí argon là 1,3 ÷ 3% nhỏ hơn trong chân không.

Sự phát xạ điện tử của wonfram thay đổi theo nhiệt độ của Catod.

* Ứng dụng

Wonfram là loại kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, được chế tạo thành dây sợi tóc trong bóng đèn dây tóc, chế tạo các điện trở phát nóng cho các lò điện, chế tạo các phần tử nhiệt,… Nó có sự phát xạ điện tử tương đối thỏa mãn nên trước đây được dùng trong các bóng đèn điện tử.

  • Wonfram được dùng làm dây vòng xoắn ở đèn nung sáng.
  • Wonfram được dùng các điện cực catôt (cực âm).
  • Wonfram được dùng làm điện trở nung nóng.
  • Các tiếp điểm điện: Wonfram có độ tinh khiết 99,5 ÷ 99,8% có khả năng chịu đựng phóng điện thông qua hồ quang, vì vậy người ta sử dụng nó như vật liệu cho các tiếp điểm điện khi ngắt, đối với dòng điện bé.

Vật liệu dẫn điện đã chứng tỏ sự quan trọng và tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Khả năng dẫn điện mạnh mẽ và tính ổn định của chúng đã giúp nâng cao hiệu suất và tiện ích của các thiết bị và công nghệ.

Share this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *