Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu điện – Đề 8

Cao su là vật liệu cách điện tốt, thường được sử dụng để bọc dây điện, ngăn ngừa điện giật và đoản mạch. Đồng và nhôm là vật liệu dẫn điện, sắt cũng dẫn điện mặc dù không tốt bằng đồng và nhôm.

Vật liệu dẫn điện lý tưởng có khả năng dẫn điện hoàn hảo, nghĩa là không có điện trở. Điện trở suất là thước đo khả năng cản trở dòng điện của vật liệu, do đó điện trở suất của vật liệu dẫn điện lý tưởng là bằng không.

Transistor là linh kiện bán dẫn ba cực, được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử để khuếch đại và chuyển mạch tín hiệu điện. Vật liệu bán dẫn như silicon và germanium là nền tảng cho công nghệ transistor.

Vật liệu cách điện cần có điện trở suất cao và độ bền điện môi cao để ngăn chặn dòng điện và chịu được điện áp cao mà không bị đánh thủng. Tính ổn định hóa học cũng quan trọng để vật liệu không bị phân hủy hoặc ăn mòn trong môi trường hoạt động. Độ dẫn điện cao là đặc tính của vật liệu dẫn điện, trái ngược với vật liệu cách điện.

Vật liệu siêu dẫn khi được làm lạnh xuống dưới nhiệt độ tới hạn sẽ mất hoàn toàn điện trở suất, cho phép dòng điện chạy qua mà không có bất kỳ sự tổn hao năng lượng nào. Đây là đặc tính nổi bật và ứng dụng quan trọng của vật liệu siêu dẫn.

Vật liệu ferit là vật liệu từ tính có điện trở suất cao, rất thích hợp để làm lõi biến áp và cuộn cảm trong các mạch điện tử và điện lực. Điện trở suất cao giúp giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây ra trong lõi từ.

Vật liệu bán dẫn có độ dẫn điện nằm giữa vật liệu dẫn điện (dẫn điện tốt) và vật liệu cách điện (dẫn điện kém). Độ dẫn điện của vật liệu bán dẫn có thể được điều khiển bằng cách thay đổi nhiệt độ, ánh sáng hoặc tạp chất.

Bạc là vật liệu dẫn điện tốt nhất trong số các kim loại thông thường ở nhiệt độ phòng, tiếp theo là đồng, sau đó là vàng và nhôm. Tuy nhiên, do chi phí cao, bạc thường chỉ được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt đòi hỏi độ dẫn điện cao nhất. Đồng là lựa chọn phổ biến hơn cho các ứng dụng thông thường vì chi phí thấp hơn và vẫn có độ dẫn điện tốt.

Độ thẩm điện (hằng số điện môi) là đại lượng đặc trưng cho khả năng của vật liệu cách điện trong việc tích trữ năng lượng điện trường khi có điện trường tác dụng lên nó. Vật liệu có độ thẩm điện cao có thể tích trữ nhiều năng lượng điện trường hơn.

Graphite (than chì) là vật liệu dẫn điện tốt và có cấu trúc lớp, cho phép các ion lithium (trong pin lithium-ion) chèn vào và tách ra dễ dàng. Do đó, graphite thường được sử dụng làm vật liệu điện cực (anode) trong pin.

Hiện tượng đánh thủng điện môi xảy ra khi cường độ điện trường đặt vào vật liệu cách điện vượt quá giới hạn độ bền điện môi của vật liệu. Khi đó, vật liệu mất khả năng cách điện và dòng điện có thể chạy qua, gây ra sự cố hoặc hỏng hóc thiết bị.

Vật liệu áp điện có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học (áp suất, lực nén, lực kéo) thành điện năng (hiệu ứng áp điện thuận) và ngược lại, chuyển đổi điện năng thành năng lượng cơ học (hiệu ứng áp điện nghịch). Ứng dụng trong cảm biến, đầu dò siêu âm, và bộ truyền động.

Sắt là vật liệu feromagnetic, có tính từ mạnh nhất trong các lựa chọn. Nhôm và đồng là vật liệu paramagnet hoặc diamagnet, có tính từ rất yếu. Gỗ không có tính từ đáng kể.

Hệ số nhiệt điện trở (TCR) của vật liệu dẫn điện kim loại thường có giá trị dương. Điều này có nghĩa là khi nhiệt độ tăng, điện trở của kim loại cũng tăng lên. Do sự tăng cường độ dao động của mạng tinh thể kim loại cản trở dòng electron.

Gallium Arsenide (GaAs) là vật liệu bán dẫn hợp chất, có các đặc tính quang điện tử ưu việt, đặc biệt là khả năng phát xạ và hấp thụ ánh sáng hiệu quả. Do đó, GaAs được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang điện tử như LED, laser diode, và pin mặt trời hiệu suất cao.

Trong chất điện phân (dung dịch chứa các ion), độ dẫn điện là do sự di chuyển của các ion mang điện tích dương (cation) và ion mang điện tích âm (anion) dưới tác dụng của điện trường. Khác với vật liệu dẫn điện kim loại, hạt tải điện là electron, và bán dẫn là electron và lỗ trống.

Gốm sứ kỹ thuật có khả năng chịu nhiệt cao, độ bền điện môi cao và tính chất cách điện tốt. Vì vậy, chúng được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện trong môi trường nhiệt độ cao và điện áp cao, ví dụ như vỏ cách điện sứ cho đường dây điện cao thế, sứ cách điện trong lò nung.

Điện trở suất là tính chất liên quan đến khả năng dẫn điện của vật liệu, không trực tiếp liên quan đến tính chất từ tính. Từ thẩm, lực kháng từ và nhiệt độ Curie đều là các đại lượng đặc trưng cho tính chất từ của vật liệu. Nhiệt độ Curie là nhiệt độ mà tại đó vật liệu feromagnetic mất tính chất từ và chuyển sang trạng thái paramagnet.

Cadmium Sulfide (CdS) là vật liệu bán dẫn có tính chất quang dẫn, nghĩa là độ dẫn điện của nó tăng lên khi được chiếu sáng. Quang trở được chế tạo từ vật liệu này, với điện trở giảm khi cường độ ánh sáng tăng lên. Đồng, carbon và nhôm không có tính chất quang dẫn đáng kể để sử dụng trong quang trở.

Trong vật liệu siêu dẫn loại II, khi từ trường ngoài vượt quá từ trường tới hạn dưới (Hc1), từ trường bắt đầu xâm nhập vào bên trong vật liệu dưới dạng các ống thông lượng từ (vortexes). Trạng thái này được gọi là trạng thái Vortex (hay trạng thái hỗn hợp), khác với hiệu ứng Meissner hoàn toàn đẩy từ trường ra khỏi vật liệu siêu dẫn loại I.

Polyethylene (PE), Polyvinyl chloride (PVC), và Polystyrene (PS) là các polyme phổ biến được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cách điện nhờ tính chất cách điện tốt, dễ gia công và giá thành hợp lý. Silicon Dioxide (SiO2 - thạch anh) là vật liệu gốm sứ, cũng là chất cách điện tốt nhưng không thuộc loại polyme.

Vật liệu điện môi cao (ferroelectric) có độ thẩm điện rất cao và khả năng duy trì phân cực ngay cả khi không có điện trường ngoài. Tính chất này làm cho chúng rất hữu ích trong việc chế tạo tụ điện có điện dung lớn và bộ nhớ không bay hơi (ferroelectric RAM - FRAM).

Thủy tinh Borosilicate có hệ số giãn nở nhiệt rất gần với silicon. Sự tương thích về hệ số giãn nở nhiệt là rất quan trọng trong công nghệ vi điện tử để tránh ứng suất và hỏng hóc do sự giãn nở nhiệt khác nhau giữa các vật liệu trong quá trình sản xuất và vận hành các vi mạch tích hợp.

Gốm Alumina (Al2O3) là vật liệu gốm sứ kỹ thuật có độ bền cơ học rất cao, chịu nhiệt tốt, và khả năng cách điện tuyệt vời. Do đó, nó rất thích hợp cho các ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, như trong các thiết bị điện cao áp, chịu nhiệt độ cao, hoặc môi trường hóa chất.

Polytetrafluoroethylene (PTFE - Teflon) có tổn hao điện môi rất thấp, đặc biệt ở tần số cao. Tổn hao điện môi thấp là yếu tố quan trọng trong kỹ thuật điện cao tần để giảm sự suy hao năng lượng tín hiệu và duy trì hiệu suất truyền dẫn. Teflon được sử dụng rộng rãi trong cáp đồng trục, đầu nối cao tần và các ứng dụng vi sóng.

Ferrite mềm là vật liệu từ tính có lực kháng từ thấp, dễ dàng từ hóa và khử từ theo từ trường ngoài. Tính chất này rất quan trọng cho lõi biến áp tần số cao để giảm tổn hao do từ trễ. Thép kỹ thuật điện cũng là vật liệu từ mềm nhưng thường dùng cho tần số thấp hơn (50/60Hz). Nam châm vĩnh cửu là vật liệu từ cứng, khó khử từ, không phù hợp cho lõi biến áp.

Độ bền điện môi của chất khí cách điện có thể được tăng lên bằng cách tăng áp suất (tăng mật độ phân tử khí), giảm nhiệt độ (giảm động năng phân tử khí), và sử dụng chất khí có độ tinh khiết cao (giảm tạp chất gây ion hóa sớm). Cả ba biện pháp đều góp phần làm tăng khả năng chịu điện áp của chất khí trước khi xảy ra phóng điện.

Polycrystalline Silicon (poly-Si) là vật liệu bán dẫn đa tinh thể, có cấu trúc tinh thể nhỏ, không phải là vô định hình. Amorphous Silicon (a-Si), Amorphous Germanium (a-Ge) và Chalcogenide Glasses là các ví dụ về vật liệu bán dẫn vô định hình, không có cấu trúc tinh thể trật tự xa.

Trong cáp quang, lõi truyền dẫn ánh sáng được làm từ thủy tinh silica (SiO2) siêu sạch, có độ trong suốt cực cao để giảm thiểu suy hao tín hiệu ánh sáng trong quá trình truyền dẫn. Đồng và nhôm là vật liệu dẫn điện, PVC là vật liệu cách điện, không phù hợp làm lõi cáp quang.

Hợp kim Niken-Titan (NiTi - Nitinol) là vật liệu nhớ hình dạng nổi tiếng. Nó có khả năng trở về hình dạng ban đầu sau khi bị biến dạng và gia nhiệt đến nhiệt độ chuyển pha nhất định. Hiệu ứng này ứng dụng trong các thiết bị tự động kích hoạt, stent y tế và robot mềm.