Đề thi, bài tập trắc nghiệm online Vật liệu điện – Đề 6

Đồng có tính dẫn điện cao, chỉ sau bạc, nhưng có chi phí thấp hơn nhiều so với bạc và vàng, đồng thời dẫn điện tốt hơn nhôm. Vì vậy, đồng là lựa chọn phổ biến nhất cho dây dẫn điện và các ứng dụng điện thông thường.

Điện trở suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của một vật liệu. Vật liệu có điện trở suất cao sẽ cản trở dòng điện tốt hơn, và ngược lại.

Độ bền điện môi là khả năng chịu được điện trường mạnh mà không bị đánh thủng (mất khả năng cách điện). Vật liệu cách điện lý tưởng cần có độ bền điện môi cao để ngăn chặn sự cố và đảm bảo an toàn điện.

Chất bán dẫn có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Điểm đặc biệt là độ dẫn điện của chất bán dẫn có thể thay đổi đáng kể dưới tác động của các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, ánh sáng, điện trường hoặc tạp chất (doping). Điều này làm cho chúng rất hữu ích trong các thiết bị điện tử.

Vật liệu siêu dẫn có điện trở bằng 0 ở nhiệt độ rất thấp. Chúng được ứng dụng trong các lĩnh vực cần hiệu suất cao và tổn hao năng lượng thấp như nam châm siêu dẫn, truyền tải điện năng không tổn hao, và cảm biến siêu nhạy. Điện trở sưởi trong lò nướng cần vật liệu có điện trở để sinh nhiệt, không phải siêu dẫn.

Điện trở của dây dẫn kim loại phụ thuộc vào ba yếu tố chính: chất liệu (điện trở suất), chiều dài (tỉ lệ thuận), và tiết diện (tỉ lệ nghịch). Nhiệt độ cũng ảnh hưởng, nhưng chất liệu, chiều dài và tiết diện là các yếu tố cơ bản nhất quyết định điện trở ở điều kiện nhiệt độ không đổi.

Vật liệu điện môi (chất cách điện) là thành phần quan trọng trong tụ điện, được đặt giữa các bản cực để tăng khả năng tích trữ điện tích. Chúng giúp tăng điện dung của tụ điện và ngăn chặn dòng điện trực tiếp chạy qua.

Đánh thủng điện môi xảy ra khi điện trường quá mạnh làm phá vỡ cấu trúc cách điện của vật liệu, biến nó thành chất dẫn điện tạm thời hoặc vĩnh viễn. Điều này xảy ra khi điện trường vượt quá độ bền điện môi của vật liệu.

Ferit là vật liệu từ tính gốm, có điện trở suất cao và tổn hao năng lượng thấp ở tần số cao. Do đó, chúng rất phù hợp để làm lõi cho cuộn cảm và biến áp, đặc biệt trong các mạch điện tử cao tần.

Hệ số nhiệt điện trở âm (NTC) có nghĩa là điện trở của vật liệu giảm khi nhiệt độ tăng. Bán dẫn, đặc biệt là thermistor NTC, có tính chất này. Kim loại thường có hệ số nhiệt điện trở dương (PTC), điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Dây chảy trong cầu chì cần có nhiệt độ nóng chảy thấp để dễ dàng nóng chảy và ngắt mạch khi dòng điện quá tải. Chì và hợp kim chì-thiếc có nhiệt độ nóng chảy thấp và điện trở suất phù hợp, nên được sử dụng phổ biến cho mục đích này.

Vật liệu áp điện có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện và ngược lại. Khi bị nén hoặc kéo giãn, chúng tạo ra điện áp; và khi có điện áp đặt vào, chúng sẽ bị biến dạng. Ứng dụng phổ biến trong cảm biến và bộ truyền động.

Dòng điện xoáy là dòng điện cảm ứng sinh ra trong lõi kim loại khi từ thông biến thiên. Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy, lõi biến áp thường được làm từ nhiều tấm thép kỹ thuật điện mỏng ghép cách điện với nhau. Điều này làm tăng điện trở của đường đi dòng điện xoáy, giảm cường độ dòng điện xoáy và do đó giảm tổn hao.

Sứ (ceramic) có độ bền điện môi rất cao, khả năng chịu nhiệt tốt, và ít bị lão hóa trong điều kiện điện áp cao và nhiệt độ cao. Do đó, sứ là vật liệu cách điện được ưu tiên sử dụng trong các ứng dụng điện áp cao như sứ cách điện đường dây tải điện, sứ đỡ cách điện trong trạm biến áp.

Các đặc tính quan trọng của vật liệu điện cực trong pin bao gồm khả năng dẫn điện tốt để dòng điện có thể dễ dàng chạy qua, khả năng tham gia phản ứng hóa học thuận nghịch để pin có thể sạc và xả nhiều lần, và khối lượng riêng thấp để pin nhẹ. Màu sắc hấp dẫn không phải là yếu tố kỹ thuật quan trọng trong hiệu suất của pin.

Silicon là chất bán dẫn phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất vi mạch tích hợp (IC) do có nhiều ưu điểm như tính chất bán dẫn phù hợp, nguồn cung dồi dào, công nghệ chế tạo phát triển, và khả năng tạo lớp oxit silicon (SiO2) cách điện tốt.

Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở của một số vật liệu giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ hạ xuống dưới một ngưỡng nhiệt độ tới hạn nhất định. Nhiệt độ này thường rất thấp, gần độ không tuyệt đối (-273.15°C).

Thép kỹ thuật điện (thép silic) là vật liệu từ mềm, có từ thẩm cao và lực kháng từ thấp. Chúng dễ dàng bị từ hóa khi có từ trường ngoài và cũng dễ dàng khử từ khi từ trường ngoài mất đi. Tính chất này làm cho chúng phù hợp cho lõi biến áp và động cơ điện.

Điện trở suất là điện trở của một đoạn vật liệu hình trụ có chiều dài 1 mét và tiết diện 1 mét vuông. Do đó, đơn vị đo điện trở suất là Ohm-mét (Ω·m).

Lớp bán dẫn trong cáp điện cao thế có tác dụng chính là phân bố đều điện trường xung quanh dây dẫn. Điều này giúp giảm sự tập trung điện trường tại các điểm nhọn hoặc không đều trên bề mặt dây dẫn, từ đó giảm nguy cơ phóng điện cục bộ và tăng độ bền điện của cáp.

Barium Titanate (BaTiO3) pha tạp là một loại gốm bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở dương (PTC) mạnh. Điện trở của nó tăng đáng kể khi nhiệt độ vượt quá một ngưỡng nhất định (điểm Curie). Vật liệu này được sử dụng trong các ứng dụng bảo vệ quá dòng, tự phục hồi cầu chì, và cảm biến nhiệt độ.

Mica là vật liệu cách điện vô cơ có khả năng chịu nhiệt rất cao, có thể lên đến vài trăm độ C mà vẫn duy trì được tính chất cách điện tốt. Do đó, mica là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng trong môi trường nhiệt độ cao, ví dụ như trong lò điện, thiết bị sưởi, và động cơ điện chịu nhiệt.

Vật liệu compozit cách điện thường được tạo thành từ polymer nền (nhựa) và vật liệu gia cường (sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid, hạt độn). Polymer nền cung cấp tính chất cách điện và liên kết, vật liệu gia cường tăng cường độ bền cơ học và các tính chất khác.

Đối với các linh kiện điện tử nhạy cảm với nhiệt, vật liệu hàn có nhiệt độ nóng chảy thấp được ưu tiên sử dụng để giảm thiểu tác động nhiệt lên linh kiện trong quá trình hàn. Thiếc không chì với các hợp kim đặc biệt thường được phát triển để có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn so với thiếc-chì truyền thống, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về môi trường.

Giấy cách điện và một số vật liệu polymer có thể hấp thụ hơi ẩm từ môi trường, dẫn đến suy giảm đáng kể tính chất cách điện, đặc biệt là điện trở cách điện và độ bền điện môi. Sứ, thủy tinh và mica ít bị ảnh hưởng bởi hơi ẩm hơn nhiều và thường được ưu tiên trong môi trường ẩm ướt.

Nhôm là kim loại không từ tính (thuộc nhóm thuận từ yếu hoặc nghịch từ). Ferrite, sắt non và niken là các vật liệu từ tính (sắt từ hoặc feri từ). Vật liệu từ có khả năng tương tác mạnh với từ trường.

Hợp kim constantan (Cu-Ni) và manganin (Cu-Mn-Ni) có điện trở suất tương đối cao và hệ số nhiệt điện trở rất nhỏ, gần bằng 0 trong một khoảng nhiệt độ rộng. Do đó, chúng được sử dụng để chế tạo điện trở mẫu, điện trở đo chính xác, và điện trở shunt có độ ổn định cao.

Polyethylene (PE) và Polyvinyl chloride (PVC) là các loại nhựa polymer có tính chất cách điện tốt, khả năng chống chịu môi trường, chống thấm nước, và độ bền cơ học phù hợp. Chúng được sử dụng rộng rãi làm lớp vỏ bảo vệ bên ngoài cho cáp điện lực, đặc biệt là cáp hạ thế và trung thế.

Silicon đa tinh thể và đơn tinh thể là vật liệu bán dẫn chủ yếu được sử dụng để chế tạo tế bào quang điện (solar cell). Silicon có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển đổi quang năng thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện.

Tụ điện gốm đa lớp (MLCC) sử dụng gốm ferroelectric, đặc biệt là Barium Titanate (BaTiO3) hoặc các vật liệu tương tự, làm chất điện môi chính. Gốm ferroelectric có hằng số điện môi rất cao, cho phép chế tạo tụ điện có điện dung lớn trong kích thước nhỏ.