Chất dẫn điện, chất cách điện có vai trò quan trọng đối với đời sống của con người. Cùng chuthapdoquangninh.org.vn tìm hiểu về chất dẫn điện, chất cách điện là gì, phân loại, ứng dụng trong thực tế của các chất này nhé.
Chất dẫn điện là gì?
Chất dẫn điện là một loại vật liệu cho dòng điện chạy qua theo 1 hướng hoặc nhiều hướng, khiến chuyển đổi nhiệt hay ánh sáng từ nguồn này sang nguồn khác. Chất dẫn điện cho phép các electron trong các vật liệu này dễ dàng chuyển động chạy bên trong chúng.
Chất dẫn điện là vật liệu cho dòng điện chạy qua
Chất dẫn điện còn được sử dụng để chế tạo các vật dẫn điện, các bộ phận dẫn điện ở trong các dụng cụ điện. Trong tự nhiên, chất dẫn điện có thể là chất rắn – kim loại( như vàng, đồng, sắt..), chất lỏng – là những kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân hay chất khí ở điện trường cao.
Ngoài ra, kim loại, con người, trái đất, cơ thể động thực vật cũng đều là chất dẫn điện. Điều này lý giải cho hiện tượng điện giật gây nguy hiểm cho con người, do dòng điện chạy qua cơ thể.
Có mấy loại chất dẫn điện hiện nay?
Chất dẫn điện được chia thành các loại sau:
- Chất dẫn điện có điện trở thấp như: Ag, Al, Cu, Sn, Pb,… và một số hợp kim khác. Chất dẫn điện với điện trở suất thấp được sử dụng chủ yếu làm làm vật liệu dẫn điện.
- Chất dẫn điện có điện trở cao ví dụ như: hợp kim Constantan, Manganin, Niken-Crôm, Cacbon. Những chất dẫn điện có điện trở suất cao này thường được dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện, đo điện trở, dây may so, biến trở, các thiết bị nung nóng bằng điện.
Một số kim loại là chất dẫn điện tốt nhất hiện nay
| Kí hiệu hóa học | Tính chất | Khả năng dẫn điện | Công dụng | |
| Bạc | Ag | Kim loại mềm, dễ uốn | Tốt nhất | Có khả năng dẫn điện tốt nhất nhưng giá thành lại cao. Vì vậy, bạc không được ứng dụng vào ngành công nghiệp điện. Bạc thường được dùng làm trang sức, đúc tiền, tráng gương. |
| Đồng | Cu | Mềm, dễ uốn, dễ tạo hình. | Tốt | Đồng được dùng phổ biến để chế tạo dây dẫn điện. Ngoài ra, đồng sử dụng để sản xuất đồ gia dụng, thủ công mỹ nghệ: Chảo, quen hàn, tượng đúc,… Một số hợp chất của đồng tồn tại ở dạng màu xanh lục, xanh lam nên cũng được sử dụng làm thuốc màu nhuộm trong ngành dệt vải. |
| Vàng | Au | Cứng, dẫn nhiệt, điện tốt, khó bị oxy hóa, có tính thẩm mỹ cao. | Khá | Vàng lại là chất dẫn điện khá tốt nên khi làm việc với điện bạn nên tháo bỏ các trang sức vàng ra để tránh dòng điện, có thể gây nguy hiểm, đe dọa đến tính mạng. |
| Nhôm | Al | Dẻo, nhiệt độ nóng chảy cao, khó bị oxi hóa. | Khá | Nhôm được dùng để tạo các chất làm dây dẫn điện trong một số trường hợp. Ngoài ra, Al có khả năng chịu nhiệt cao nên thường được dùng chủ yếu trong các công trình xây dựng, kiến trúc như làm vách ngăn xây dựng, làm tôn lợp mái nhà, cột, trụ nhà,… |
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện
Độ dẫn điện bị một số yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện có thể kể đến như:
- Hình dạng: Những vật liệu dày dẫn điện tốt hơn so với những vật liệu mỏng có cùng chiều dài, kích thước.
- Kích thước: Các vật liệu có độ dày giống nhau nhưng mảnh ngắn hơn dẫn điện tốt hơn.
- Nhiệt độ: Các kim loại là chất dẫn tốt hơn khi dây dẫn ở nhiệt độ chuẩn, kém hiệu quả hơn khi nóng. Trong khi một số chất dẫn tốt sẽ trở thành chất siêu dẫn với nhiệt độ cực thấp.
Ứng dụng của chất dẫn điện trong thực tế như thế nào?
Trên thực tế, các chất dẫn điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau như:
Chất cách điện được ứng dụng làm các linh kiện điện tử
- Sử dụng làm dây dẫn, thanh bán dẫn trong cầu dao, aptomat, các linh kiện điện tử,…..
- Các chất dẫn điện trong bộ tản nhiệt của xe hơi để loại bỏ nhiệt khỏi động cơ, giúp xe vận hành an toàn, êm ái.
- Sử dụng các tấm sắt với mục đích hấp thụ nhiệt nhanh chóng.
- Sử dụng kim loại sắt để dẫn nhiệt trong động cơ xe.
- Ứng dụng để sản xuất các dụng cụ nấu ăn như xoong, nồi, chảo dùng cho bếp ga, bếp từ, bếp hồng ngoại.
- Sử dụng thủy ngân để làm nhiệt kế giúp kiểm tra nhiệt độ của cơ thể.
- Dùng đồng, đồng thau, nhôm, thép sử dụng trong các mạch điện, hệ thống dây mạng….
Chất cách điện là gì?
Chất cách điện là vật liệu không cho phép dòng điện chạy qua chúng. Các vật liệu làm chất cách điện có điện trở suất lớn khoảng 106 – 1015 Ωm. Nguyên nhân là do sự liên kết của các nguyên tử trong chất cách điện rất mạnh và bão hòa. Điều này khiến các electron trong nguyên tử không có khả năng di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.
Chất cách điện là vật liệu không cho dòng điện đi qua
Trong tự nhiên, chất cách điện phần lớn là chất rắn, một số chất cách điện phổ biến như: nhựa, cao su, thủy tinh, chất dẻo, sứ….
Chính vì những đặc điểm này nên chất cách điện thường được sử dụng để tạo các bộ phận cách điện hay các vật cách điện, nhằm ngăn chặn dòng điện, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
Có mấy loại vật liệu cách điện?
Sau khi đã tìm hiểu về vật liệu cách điện là gì thì trong phần này chúng ta sẽ phân loại các loại vật liệu cách điện gồm có:
- Cách điện lỏng: phổ biến là dầu máy biến áp.
- Vật liệu cách điện khí: đó là không khí, khí SF6.
- Vật liệu cách điện rắn như: vỏ bọc dây điện, gỗ, nhựa.
Vật liệu cách điện dạng rắn
Thế nào là vật liệu cách điện dạng rắn? Đó là những vật liệu có hằng số điện môi cao, chỉ xảy ra hiện tượng phóng điện ở trên bề mặt vật liệu dạng rắn.
Trong vật liệu cách điện dạng rắn chia thành:
- Các chất dẻo tổng hợp: nhựa tổng hợp, cao su.
- Sơn cách điện, các loại men.
- Chất hữu cơ từ tự nhiên: Vải, lụa, giấy.
- Chất vô cơ: Mica, xi măng, sợi thuỷ tinh.
Vật liệu cách điện dạng rắn
Trong những loại vật liệu cách điện dạng rắn thì mica là chất cách điện tốt nhất nhưng lại có giá thành cao. Do đó, chúng thường được sử dụng trong các máy có điện áp cao. Còn các vật liệu cách điện như vải, giấy, sợi,…dẫn nhiệt kém, có khả năng hút ẩm thường được sử dụng phổ biến hơn vì chúng rẻ tiền, có độ bền cơ học tốt.
Vật liệu cách điện dạng lỏng
Vật liệu cách điện dạng lỏng thường là các loại dầu mỏ, dầu cáp loãng, dầu cáp đặc, dầu biến thế, dầu silicon. Ứng dụng của vật liệu cách điện dạng lỏng là dùng dầu biến thế để làm vật liệu cách điện, làm mát bằng máy biến áp.
Vật liệu cách điện dạng lỏng thường là các loại dầu
Khi chế tạo các thiết bị cách điện sử dụng vật liệu cách điện dạng lỏng, thì cần phải quan tâm đến các đặc trưng của chúng như: điện trở suất, tổn hao điện môi, độ thẩm điện môi (hằng số điện môi), độ bền điện môi (điện áp đánh thủng cách điện).
Vật liệu cách điện dạng khí
Đối với vật liệu dạng khí chủ yếu làm cách điện trong các đường dây tải điện trên không. Yêu cầu của vật liệu cách điện đối với thiết bị điện làm việc trong không khí cần phải phối hợp với các chất cách điện rắn và lỏng.
Khí Hydro với đặc tính là nhẹ, có thể truyền dẫn nhiệt tốt nên thường được sử dụng để làm mát trong các máy phát nhiệt điện hay các máy bù đồng bộ công suất lớn. Sử dụng khí Hydro sẽ giúp giảm tổn thất công suất do ma sát của chất khí với roto và quạt gió gây ra.
Bên cạnh đó, khí Nitơ với đặc tính không vị, không màu, mùi cũng thường được dùng trong sản xuất với các linh kiện điện tử như: điốt, tranzito, mạch tích hợp (IC), sản xuất thép không gỉ (inox).
Ngoài ra còn một số loại khí trơ như: Argon, neon hơi thủy ngân cũng được sử dụng để làm các dụng cụ điện trong bóng đèn, dụng cụ điện chân không.
Ứng dụng của chất cách điện trong thực tế
Chất cách điện thường được sử dụng trong một số ứng dụng thực tế như:
Các chất cách điện được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày
- Chất cách điện thường được sử dụng làm chai nhựa nhiệt dẻo, làm tường, trần nhà chống cháy.
- Sử dụng cao su để chế tạo dép, lốp xe, quần áo chống cháy,…
- Ứng dụng để chế tạo các thiết bị cách điện có trong các bảng mạch, hệ thống điện áp cao, trong dây điện và dây cáp.
Vậy là chúng ta đã tìm hiểu về chất cách điện là gì, chất dẫn điện là gì và những đặc trưng, ứng dụng của chúng. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin để bạn hiểu rõ hơn về 2 loại chất này và biết cách sử dụng sao cho an toàn nhất.
