c mai hien 26 11 2012 2708 9852

BỘ LAO ĐỘNG THƯƠ NG BINH VÀ XàHỘI
TỔNG CỤC DẠY NGH Ề

GIÁO TRÌNH

Mơ đun : ĐIỆN CƠ BẢN

NGHỀ : ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
 Ban hành kèm theo Quy ết   định số:120/QĐ­TCDN ngày 25 tháng 02  
năm 2013 của T ổng c ục tr ưởng T ổng c ục D ạy ngh ề
 

      

  

 

 


1

TUN BỐ BẢN QUYỀN
    Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể 
đượ c phép dùng ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về  đào 
tạo và tham khảo.
     Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc ho ặc sử  d ụng v ới m ục đích 
kinh doanh thi ếu lành mạnh sẽ b ị nghiêm cấm.

2

LỜI GIỚI THIỆU
Điện cơ  bản là một trong những mơ đun cơ  sở  được biên soạn dựa 
trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động­ Thương 
binh và Xã hội và Tổng cục dạy nghề  ban hành dành cho hệ  Cao đẳng 
nghề và Trung cấp nghề Điện tử cơng nghiệp.
Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo 
trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất, trong mỗi bài 
đều có hướng dẫn thực hành để rèn luyện kỹ năng và sáng tỏ lý thuyết.
Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy,  
tham khảo đồng nghiệp và tham khảo  ở  nhiều giáo trình hiện có để  phù  
hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo,  
nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế.
Nội dung c ủa mơn học gồm có 5 bài:
Bài 1: Vật li ệu điện
Bài 2: Khí cụ điện
Bài 3: Thiết b ị điện gia dụng
Bài 4: Rơ le điện tử
Bài 5: Rơ le số
Giáo trình cũng là tài liệu giảng dạy và tham khảo tốt cho các ngành  
thuộc lĩnh vực điện dân dụng, điện cộng nghiệp, điện tử, cơ  điện tử, cơ 
khí. 
Mặc dù đã cố  gắng tổ  chức biên soạn để  đáp  ứng đượ c mục tiêu 
đào tạo nhưng khơng tránh đượ c những khiếm khuy ết. R ất mong nh ận  
đượ c   đóng góp  ý kiến  của  các  thầy,  cơ giáo,  bạn  đọc  để  nhóm  biên 
soạn sẽ  hiệu ch ỉnh hồn thiện hơn. Các  ý  kiế n  đóng góp xin gửi về 
Trườ ng Cao đẳng nghề Lilama 2, Long  Thành Đồng Nai
Hà Nội, ngày  10  tháng  06  năm 2013

                                                                Tham gia biên soạn
                                                                1. Ch ủ bi ên: TS. Lê Văn 
Hiền
                                                                2. Ths. Nguy ễn Th ị Hi ên
                   3. KS.Bùi Thị Sươ ng Mai


3

ĐỀ MỤC 

MỤC LỤC

     TRANG

TÊN MƠ ĐUN: ĐIỆN CƠ BẢN
Mã mơ đun: MĐ 14
Vị trí, tính chất, ý nghĩa, vai trị của mơ đun: 
* Vị trí của mơ đun: Mơ đun đượ c bố  trí dạy ngay đầu chươ ng trình sau 
khi học xong các mơn  cơ bản: tốn, lý, chính trị...
* Tính chất: Là mơ đun bắt buộc
* Ý nghĩa:  Mơ đun chứa đựng các kiến thức cơ b ản, thơng dụng về: khí 
cụ  điện, máy biến áp, động cơ  điện xoay chiều... là thiế t bị  ngõ ra chủ 
yếu thườ ng gặp trong lĩnh vực điện tử cơng nghiệp.
* Vai trị của mơ đun: Cung cấp cho h ọc sinh nh ững ki ến th ức c ơ b ản  
về  vật liệu điệ n, thiết bị  điệ n trong dân dụng và các khí cụ  điệ n trong 
cơng nghiệp.
 Mục tiêu của mơ đun:
Sau khi học xong mơ đun này học viên có năng lực 
* Về kiến th ức:

­ Nhận dạng, l ựa ch ọn và sử  dụng đúng tiêu chuẩn kỹ  thuật các 
nhóm vật liệu điện thơng dụng theo Tiêu chuẩn Việt Nam.
* Về kỹ năng:
­ Tháo lắp và sửa chữa đượ c các khí cụ  điện đúng theo thơng số 
của nhà sản xuất.
­ Phán đốn hư  hỏng và sửa chữa đượ c các thiết bị  điệ n gia dụng  
theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.
­ Lắp đặt đượ c hệ  thống chiếu sáng cho hộ  gia đình theo bản vẽ 
thiết kế.
* Về thái độ:
­ Rèn luyện tính tỷ mỉ, đảm bảo an tồn và vệ sinh cơng nghiệp

Mã bài

Tên các bài trong mơ đun

MĐ 14­1 Vật liệu điện
1
Khái niệm về vật liệu điệ n

Thời gian (gi ờ)
T.S LT TH KT
ố
10
8
1
1
1
1
0

4

2
3
4
MĐ 14­2
1
2
3
4
5
6
MĐ14­3
1
2
3
4
MĐ 14­4
1
2
3
MĐ 14­5
1
2
3

Vật liệu dẫn điện
Vật liệu cách điện

Vật liệu dẫn t ừ 
Khí cụ điện
Khái niệm
Phân loại
u cầu chung đối với khí cụ điện
Khí cụ điện đóng cắt
Khí cụ điện bảo vệ
Khí cụ điện điều khiển
Thiết bị điện gia dụng
Thiết bị cấp nhi ệt
Máy biến áp một pha
Động cơ điện một pha
Thiết bị điện một chiều
Rơ le điện tử
Cấu tạo
Phân loại
Các mạch điện ứng dụng
Rơ le điện tử
Cấu tạo
Phân loại
Các mạch điện ứng dụng

5
4,5 0.5
2
1,5 0,5
1
1
0
70

28 40
2
2
0
3
3
0
1
1
0
18
7
11
18
8
10
27
7
20
30
8
21
6
2
4
8
3
5
10
2

8
5
1
4
30
5
24
1
1
0
1
1
0
27
3
24
40
8
31
1,25 1,25 0
0,25 0,25 0
37,5 6,5 31

1

1

1

1

5

BÀI 1
VẬT LIỆU ĐIỆN
Mã bài: 14­01
Giới thiệu
Trong chươ ng trình đào tạo cơng nhân kỹ  thuật thì vật liệu điện  
là mơn học cơ  sở  khơng thể  thiếu. Việc hi ểu  đặ c điểm, tính chất để  
ứng dụng các vật liệu cơ bản theo đúng tiêu chuẩn kỹ  thuật là việc rất  
quan trọng, c ần thi ết. Vì vậy, nội dung của bài này sẽ  cung cấp cho  
sinh viên những kiến thức cơ b ản v ề v ật li ệu điện thơng dụ ng để  từ  đó  
ứng dụng các vật liệu điện trongcác mơn học chun ngành và trong  
thực tế. 
Mục tiêu:
­ Phân biệt, nh ận d ạng đượ c các vật liệu điện thơng dụng.
­ Phân tích đượ c tính chất các vật liệu điện thơng dụng.
­   Sử   dụng   đúng   các   vật   liệu   này   theo   các   tiêu   chuẩn   kỹ   thu ật  
trong các điều kiện xác định.
­ Rèn luyện tính cẩn thận, an tồn cho ngườ i và thiết bị
Nội dung của bài:
1. Khái niệm về vật li ệu điệ n
Mục tiêu: 
­ Hiểu đượ c cấu tạo chung và phân loại vật liệu.
1.1 Khái niệm về vật liệu điện
1.1.1 Khái niệm
Vật liệu điện là tất cả  những ch ất liệu dùng để  sản xuất thiết bị 
sử  dụng trong lĩnh vực ngành điện. Thườ ng ngườ i ta phân các loại vật 
liệu điện theo đặc điểm, tính chất và cơng dụng của nó.

6

1.1.2. Cấu t ạo ngun tử
Mọi vật liệu (v ật ch ất) đượ c cấu tạo từ  ngun tử  và phân tử.  
Ngun tử là phần tử cơ bản của  vật chất. Theo mơ hình ngun tử của 
Bor, ngun tử  đượ c cấu tạo từ  hạt nhân mang điệ n tích dươ ng và các  
điện  tử   (electron   e)   mang  điện   tích  âm   chuyển   động  xung   quanh  h ạt  
nhân theo qu ỹ đạo nhất định.
  Hạt nhân nguyên tử  đượ c cấu tạo từ  các hạt proton và nơtron.  
Nơtron là hạt khơng mang điện tích, cịn proton có điệ n tích dươ ng với  
số lượ ng bằng Z.q
  Trong đó: 
          Z – s ố  l ượng điện tử  của ngun tử  đồ ng thời cũng là số  thứ  tự 
của ngun tố  ngun tử đó trong bảng tu ần hồn Menđêlêep.
          q – điện tích của điện tử  e (q = 1,6.10 ­19  culơng). Proton có khối 
lượ ng bằng 1,6.10 ­27 kg, electron (e) có khối lượ ng bằng 9,1.10 ­31 kg.
    Ở  trạng thái bình thườ ng ngun tử  trung hồ về  điệ n, tức là 
trong ngun tử có tổng các điện tích dươ ng của hạt nhân bằng tổng số 
điện tích âm của các điện tử. Nếu vì lý do nào đó ngun tử mất đi một 
hay   nhiều   điện   tích   thì   sẽ   trở   thành   điện   tích   dươ ng,   ta   gọi   là   ion  
dươ ng. Ngượ c lại nếu ngun tử  trung hồ nhận thêm điệ n tử  thì trở 
thành ion âm.
 
 Để  có khái niệm về năng lượ ng của điệ n tử  ta xét ngun tử  của 
Hiđrơ, ngun tử này đượ c cấu tạo tử một proton và một điệ n tử.
  Khi điện tử  chuyển động trên quỹ  đạo trịn bán kính r xung quanh h ạt 
nhân thì điện tử  sẽ  chịu l ực hút của hạt nhân f 1  và đượ c xác định bởi 
cơng thức sau: 

q2
                          f 1 =   2                                
r

  

 ( 1.1 )

Lực hút f1  sẽ đượ c cân bằng với l ực ly tâm của chuyển độ ng f2:

                        f 2 = 

mv 2
                          
r

  Trong đó:
  m – khối l ượng c ủa điện tử
  v – tốc độ chuyển  động của điện tử

           ( 1.2 )


7

  Từ (1.1) và (1.2) ta có: f1 = f2 hay mv2 = 
 

q2
                           ( 1.3 )

r

 Trong q trình chuyển động điện tử  có một động năng T = 

và một thế năng  U = ­

mv 2
 
2

q2
, nên năng lượ ng của điện tử bằng:
r

                   W e = T + U 
Thay T =  

mv 2
q2
q2 q2
q2
 =  . Vậy  We = T + U =  ­   = ­    
2
2r
2r r
2r

  ( 1.4 )

   Biểu thức (1.4)  ở trên chứng tỏ mỗi điệ n tử của nguyên tử có mộ t  

mức năng lượ ng nhất định, năng lượ ng này tỷ  lệ  nghịch với bán kính 
quỹ  đạo chuyển động của điện tử. Để  di chuyển điệ n tử  từ  quỹ  đạ o 
chuyển động bán kính ra xa vơ cùng cần phải cung c ấp cho nó một năng 
q2
lượ ng lớn hơn bằng 2 .
r

   Năng lượ ng tối thi ểu cung c ấp cho điệ n tử  để  điện tử  tách rời ra  
khỏi nguyên tử  trở  thành điệ n tử  tự  do ngườ i ta gọi là  năng lượ ng ion 
hoá  (Wi).   Khi   bị   ion   hoá   (bị   mất   điệ n   tử),   nguyên   tử   trở   thành   ion  
dươ ng. Q trình biến ngun tử  trung hồ thành ion dươ ng và điệ n tử 
tự do gọi là q trình ion hố.
 
Trong một ngun tử, năng lượ ng bị  ion hố của các lớp điệ n tử 
khác nhau cũng khác nhau, các điện tử  hố trị  ngồi cùng có mức năng 
lượ ng ion hố thấp nhất vì chúng cách xa hạt nhân.
 
 Khi điện tử  nhận đượ c năng lượ ng nhỏ  hơn năng lượ ng ion hố 
chúng sẽ  bị  kích thích và có thể  di chuyển t ừ m ức năng lượ ng này sang 
mức năng lượ ng khác, song chúng ln có xu thế  tr ở  về  vị  trí  ở  trạng 
thái  ban  đầu. Phần năng  lượ ng   cung  c ấp  để   kích thích  nguyên  tử   sẽ 
đượ c trả lại dướ i d ạng năng lượ ng quang h ọc (quang năng).
  
Trong   thực   tế,   năng   lượ ng   ion   hoá   và   năng   lượ ng   kích   thích 
ngun tử có thể  nhận đượ c từ nhiều nguồn năng lượ ng khác nhau như 
nhiệt năng, quang năng, điện năng; năng lượ ng của các tia sóng ngắn 
như tia  ,  ,   hay tia R ơnghen…
1.1.3 Cấu t ạo phân tử
 1.1.3.1. Liên kết đồng hố trị

8

 
Liên kết đồng hố trị  đượ c đặc trưng bởi sự  dùng chung các điệ n 
tử  của các ngun tử  trong phân tử. khi có mật độ  đám mây điệ n tử 
giữa các hạt nhân trở thành bão hồ, liên kết phân tử bền vững.

Hình 1.1. C ấu t ạo phân tử Clo
Lấy   cấu   trúc   phân   tử   clo   làm   ví   dụ.   Phân   tử   clo   (Cl 2)   gồm   2 
nguyên tử clo, mỗi nguyên tử  clo có 17 điện tử, trong đó 7 điệ n tử ở lớp 
hố trị  ngồi cùng. Hai ngun tử  này đượ c liên kết bền vững với nhau  
bằng   cách   sử   dụng   chung   hai   điện   tử,   lớp   vỏ   ngoài   cùng   của   mỗi  
ngun tử đượ c bổ sung thêm một điệ n tử của ngun tử kia.
 
Tùy thuộc vào cấu trúc đối xứng hay khơng đối xứng mà phân tử 
liên kết đồng hố trị có thể là trung tính hay cực tính (lưỡ ng cực ).
­ Phân tử  có trọng tâm của các điệ n tích dươ ng và điệ n tích âm  
trùng nhau g ọi là phân tử trung tính. Các chất đượ c tạo nên bởi các phân  
tử trung tính gọi là chất trung tính.
­ Phân tử  có trọng tâm các điện tích dươ ng và điệ n tích âm khơng 
trùng nhau cách nhau m ột khoảng “a” nào đó đượ c gọi là phân tử  cực  
tính hoặc phân tử  lưỡ ng cực. Phân tử  lưỡ ng cực đặc trưng bởi  mơmen 
lưỡ ng cực m = q.a . Dựa vào trị số mơmen lưỡ ng cực của phân tử ngườ i  
ta chia ra thành chất cực tính yếu và cực tính mạnh. Những ch ất đượ c  
cấu tạo bằng các phân tử cực tính gọi là chất cực tính.
 1.1.3.2. Liên kết ion
 
Liên kết ion đượ c xác lập bởi lực hút giữa các ion dươ ng và các 
ion âm trong phân tử. Liên kết ion là liên kết là liên kết khá bền vững.  

Do vậy, vật rắn có cấu tạo ion đặc trưng bởi độ  bền cơ  học và nhiệt  
độ  nóng chảy cao. Ví dụ  điển hình về  tinh thể  ion là các muối halogen  
của các kim loại kiềm.
 Cấu trúc tinh thể  ion clorua natri và clorua xeri:  ở  ch ất th ứ  nh ất  
các ion đượ c ràng buộc chặt ch ẽ, cịn chất thứ hai khơng chặt chẽ.
Khả  năng tạo nên một chắt hoặc hợp ch ất m ạng khơng gian nào 
đó phụ  thuộc chủ  y ếu vào kích thướ c ngun tử  và hình dạng lớp điệ n 
tử hố trị ngồi cùng.
1.1.3.3. Liên kết kim lo ại


9

Dạng liên kết này tạo nên các tinh thể  vật r ắn. Kim lo ại  đượ c 
xem   như   là   một   hệ   thống   cấu   t ạo   t ừ   các   ion   dươ ng   nằm   trong   mơi 
trườ ng các điện tử tự do. L ực hút giữa các ion dươ ng và các điện tử tạo 
nên tính ngun khối của kim lo ại. Chính vì vậy liên kết kim loại là  
loại liên kết bền vững, kim lo ại có độ  bề n cơ  học và nhiệ t độ  nóng 
chảy cao.
Lực hút giữa các ion dươ ng và các điện tử  đã tạo nên tính ngun 
khối của kim lo ại.                                         

E

Hinh 1.2 Liên kết kim lo ại
+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

U
Sự  tồn tại của các điệ n tử  tự  do làm cho kim loại có tính ánh kim
 
và tính dẫn điện, dẫn nhiệt cao. Tính dẻo của kim lo ại đượ c giải thích 
+
+
+
+
+
bởi sự  dịch chuy ển và trượ t lên nhau giữa các lớp ion, cho nên kim loại  
dễ cán, kéo thành lớp mỏng.

 1.1.3.4. Liên kết VandecVan

Liên kết này là dạng liên kết yếu, cấu trúc mạng tinh thể phân tử 

vững chắc. Do v ậy nh ững liên kết phân tử là liên kế t Vandec – Vanx có 
nhiệt độ nóng chảy và độ bền cơ thấp như parafin.
 1.1.4. Khuy ết t ật trong c ấu t ạo v ật r ắn
Các tinh thể vật r ắn có thể có kết cấu đồ ng nhất. Sự  phá huỷ  các 
kết cấu đồng nhất và tạo nên các khuyết tật trong v ật r ắn th ường g ặp  
nhiều trong th ực tế. Nh ững khuy ết t ật có thể  đượ c tạo nên bằng sự 
ngẫu nhiên hay cố ý trong q trình cơng nghệ chế t ạo v ật li ệu.
Khuyết tật của v ật r ắn là bất kỳ  hiện tượ ng nào phá vỡ  tính chất 
chu kỳ của tr ườ ng tĩnh điệ n mạng tinh thể như: phá vỡ  thành phần hợp  
thức; sự  có mặt của các tạp chất lạ; áp lực cơ  học; các lượ ng tử  của 
dao động đàn hồi – phơnơn; mặt tinh th ể ph ụ  – đoạn tầng; khe rãnh, lỗ 
xốp…
Khuyết tật sẽ  làm thay đổi các đặc tính cơ  – lý – hố và các tính 
chất về  điện của vật liệu. Khuyết t ật có thể  tạo nên các tính năng đặ c  


10

biệt  tốt (ví dụ: vi mạch IC…) và cũng có thể làm cho tính chất của vật  
liệu kém đi (ví dụ: vật liệu cách điện có lẫn kim loại)
1.1.5. Lý thuyết về vùng năng lượ ng
Có  thể  sử  dụng lý   thuyết phân  vùng năng  lượ ng   để   giải  thích, 
phân loại vật li ệu thành các nhóm vật liệu dẫn điệ n, bán dẫn và điệ n 
mơi (cách điện)
Việc   nghiên   cứu   quang   ph ổ   phát   xạ   của   các   chất   khác   nhau   ở 
trạng thái khí khi các ngun tử  cách xa nhau m ột kho ảng cách lớn chỉ 
rõ rằng ngun tử  của mỗi chất đượ c đặc trưng bởi những vạch quang  
phổ hồn tồn xác định. Điều đó chứng tỏ rằng các ngun tử khác nhau  
có những tr ạng thái năng lượ ng hay m ức năng lượ ng khác nhau.
Khi ngun tử   ở  trạng thái bình thườ ng khơng bị  kích thích, một 

số  trong các mức năng lượ ng bị  ngun tử  lấp đầy, cịn các mức năng 
lượ ng khác điện tử chỉ có thể có mặt khi các ngun tử nhận đượ c năng  
lượ ng từ  bên ngồi tác động (trạng thái kích thích). Ngun tử  ln có 
xu hướ ng quay v ề  tr ạng thái  ổn định. Khi điệ n tử  chuyển từ  mức năng  
lượ ng kích thích sang m ức năng lượ ng ngun tử  nhỏ  nhất, ngun tử 
phát ra phần năng lượ ng dư thừa.

Vậ
t dẫ
n

w

Nă
ng lượng eV

Nă
ng lượng eV

Nă
ng lượng eV

Những điều nói trên đượ c đặc trưng bởi biểu đồ  năng lượ ng. Khi  
chất  khí  hố lỏng và  sau  đó  tạo nên mạng tinh thể  của v ật rắn, các  
nguyên tử  nằm sát nhau, t ất c ả  các mức năng lượ ng của nguyên tử  bị 
dịch chuyển nh ẹ  do tác động của các ngun tử  bên cạnh tạo nên một 
dải năng lượ ng hay cịn gọi là vùng các mức năng lượ ng .

Bá
n dẫ

n

w

Điệ
n mô
i

Vù
ng đầ
y điệ
n tử
Vù
ng cá
c mứ
c nă
ng lượng tự do
Vù
ng cấ
m

Hình 1.3 Vùng năng lượ ng của v ật liệu


11

Do khơng có năng lượ ng chuy ển động nhiệt nên vùng năng lượ ng 
bình thườ ng của các ngun tử   ở  vị  trí thấp nhất và đượ c gọi là vùng  
hố trị  hay cịn gọi là vùng đầy (ở  00K các điện tử  hố trị của ngun tử 
lấp đầy vùng này).

Những điện tử  tự  do có mức năng lượ ng hoạt tính cao hơn, các  
dải năng lượ ng của chúng tập hợp thành vùng tự do hay vùng điệ n dẫn.
1.2. Phân loại vật li ệu
1.2.1. Phân loại theo kh ả năng dẫn điện
 
 Trên cơ  sở  giản đồ  năng lượ ng ngườ i ta phân loại theo vật liệu  
cách điện (điện môi), bán dẫn và dẫn điệ n.
  1.2.1.1.  Điện   mơi:   là   chất   có   vùng   cấm   lớn   đế n   mức   ở   điề u   kiện  
thườ ng sự  dãn điện bằng điệ n tử  khơng xảy ra. Các điệ n tử  hố trị  tuy 
đượ c cung cấp thêm năng lượ ng của sự  chuy ển  độ ng nhiệt vẫn khơng 
thể  di chuy ển t ới  vùng tự  do để  tham gia vào dịng  điệ n dẫn. Chiều 
rộng vùng cấm của điệ n mơi  W nằm trong kho ảng t ừ 1,5 đến vài điệ n 
tử vơn (eV).
1.2.1.2. Bán dẫn: là chất có vùng cấm hẹp hơn nhi ều so v ới điện mơi, 
vùng này có  thể  thay  đổi  nhờ  tác  động năng lượ ng  bên ngồi. Chiều  
rộng vùng cấm chất bán dẫn bé ( W = 0,2 – 1,5eV), do đó  ở  nhiệt độ 
bình thườ ng một số điện tử  hố trị   ở  trong vùng đầ y đượ c tiế p sức của 
chuyển động nhiệt có thể  di chuyển t ới vùng tự  do  để  tham gia vào 
dịng điện dẫn.
1.2.1.3. Vật dẫn: là chất có vùng tự  do nằm sát với vùng đầy thậm chí  
có thể  nằm  chồng  lên vùng  đầy ( W  < 0,2eV).  V ật d ẫn  điện có  số 
lượ ng điện tử   tự do rất lớn;  ở nhi ệt độ  bình thườ ng các điệ n tử   tự  do  
trong vùng đầy có thể  chuyển sang vùng tự  do rất dễ  dàng, dướ i tác 
dụng của lực điện trườ ng các điệ n tử  này tham gia vào dịng điệ n dẫn.  
Chính vì vậy vật dẫn có tính dẫn điện tốt.
1.2.2  Phân loại vật li ệu theo t ừ tính
1.2.2.1. Nghịch từ: là những chất có mật độ  từ  thẩm     < 1 và khơng 
phụ  thuộc vào cườ ng độ  từ  trườ ng bên ngồi. Loại này gồm có Hidro, 
các khí hiếm, đa số  các hợp chất hữu cơ, muối mỏ và các kim loại như:  
đồng, kẽm, bạc, vàng, thuỷ ngân...

12

1.2.2.2. Thuận t ừ: là những ch ất có độ  từ  thẩm     > 1 và cũng khơng 
phụ   thuộc  vào  từ  trườ ng  bên  ngồi.  Loại  này  gồm  có  oxy,  nitơ   oxit, 
muối   đất   hiếm,   muối   sắt,   các   muối   coban   và   niken,   kim   lo ại   kiềm, 
nhôm, bạch kim.
1.2.2.3. Ch ất d ẫn t ừ: là các chất có   > 1 và phụ  thuộc vào cườ ng độ 
từ trườ ng bên ngồi. Loại này gồm có: sắt, niken, coban, và các hợp kim 
của chúng; hợp kim crom và mangan, gađolonit, pherit có các thành phần 
khác nhau.
2. Vật liệu dẫn điện
Mục tiêu:
­  Hiểu   đượ c   khái   niệm,   tính   chất,   cách   chọn   lựa   vật   liệu   d ẫn  
điện
­ Nhận biết và ứng dụng các vật liệu dẫn điện trong thực tế.
2.1. Khái niệm về vật liệu d ẫn điện
Vật liệu dẫn điện là vật chất khi  ở  tr ạng thái bình thườ ng có các 
điện tích tự  do, nếu đặt chúng vào trong điệ n trườ ng các điệ n tích sẽ 
chuyển động theo một hướng nh ất định và tạo thành dịng điệ n. Ngườ i 
ta gọi chúng là vật liệu có tính dẫn điện.
2.2. Tính chất của vật li ệu d ẫn điện
2.2.1. Điện dẫn suất và điệ n trớ suất
Khi đặt  vật dẫn một từ tru ờng E thì có dịng điệ n chạy trong vật  
dẫn và đượ c tính theo cơng thức:
                            I = n 0qeSvtb                                                      (1.5)
Trong đó:  n0 – là mật độ điện tử tự do của v ật d ẫn
                q e – điện tích của điện tử
                S – ti ết di ện c ủa dây dẫn

                 v tb – tốc độ  chuyển động trung bình của điện tử  dướ i tác 
dụng của điện trườ ng E


13

Nếu gọi K là độ  linh hoạt của điện tử  K  = 
của định luật Ơm như sau:

v
   thì có biểu thức 
E

                                I = n 0qeSKE                                                 (1.6)
I
S

Điện dẫn suất            =                                         (1.7) 
Trị số nghịch đảo của điện dẫn suất   gọi là điện trở suất , nếu 
vật dẫn có tiết diện khơng đổi là S và độ dài l thì:
S
l

                             = R                                                          (1.8)
Đơn vị  của điện trở  suất là:  .mm2/m. Trong h ệ  SI điện trở  suất 
có thứ nguyên là  .m
2.2.2. Hệ số nhiệt c ủa điện trở suất
Điện trở  suất của kim lo ại ph ụ  thu ộc vào nhiệt độ . Giá trị  của 
điện trở suất có thể tính theo cơng thức:
                       

t

 = 

       Trong đó: 

t

                       

0

                       

p

0

( 1 + 

p

. t)                                           (1.9)

 – điện trở suất của v ật li ệu đo ở nhiệt độ  t0
  

­ điện trở suất của nhi ệt độ ban đầu t0

 – hệ số nhi ệt c ủa điện trở suất

 
 Hệ  số  nhiệt của điệ n trở  suất nói lên sự  thay đổ i điện trở  suất  
của vật liệu khi nhi ệt độ thay đổi.
 2.2.3. Sức nhi ệt động
 
 Khi cho hai kim lo ại khác nhau tiếp xúc với nhau thì giữa chúng  
phát sinh hi ệu điện thế gọi là hiệu điện thế tiếp xúc. Ngun nhân sinh 
ra hiệu điện thế  tiếp xúc là do cơng thốt của điệ n tử    của mỗi kim 
loại khác nhau, do đó số  điện tử  tự do trong các kim loại hoặc hợp kim  
không bằng nhau. Theo thuy ết điện tử, hiệu điện thế  tiếp xúc giữa hai  
kim loại A và B bằng:
KT
                        u AB= uB ­ uA +  e ln

n0 A
n0 B

      (1.10 )

           Ở đây:   uA và uB là điện thế tiếp xúc  của hai kim lo ại A và B,
              n0A và n0B là mật độ điện tử  trong kim lo ại A và  B


14

             Hiệu điện thế  tiếp  xúc giữa các cặp kim loại dao  động trong 
phạm vi từ  vài phần mườ i vơn đến vài vơn, nếu nhiệt độ  của cặp bằng 
nhau, tổng hiệu điện thế  trong mạch kín bằng khơng. Nhưng khi một  

phần tử  của cặp có nhiệt độ  T1 cịn phần kia là T2 thì trong tr ường h ợp 
này sẽ phát sinh sức nhi ệt điện động:
                     u = u AB +  u AB
                       = u B – uA + 

n
n
KT1
KT
ln 0 A +uA – uB +  2  ln 0 B
noB
noA
e
e

      (1.11)

Từ đó ta có:
                   u=

n
K
(T1 – T2)ln 0 A =A(T1 – T2)
noB
e

                       

(1.12)

 Biểu thức nhận đượ c (1.11 ) ch ứng tỏ s.n.đ.đ là hàm số  của hiệu 
nhiệt độ.
 Ngườ i ta dùng hai dây dẫn có s.n.đ.đ lớn và có quan hệ tuyến tính 
với nhiệt độ, để  đo nhiệt độ (cặp nhiệt ngẫu). Trong các dụng cụ  đo và  
điện trở mẫu nên sử dụng những kim lo ại và hợp kim có s.n.đ.đ nhỏ đố i 
với đồng để  khơng gây ra sai số  khi đo. Có những cặp nhiệt ng ẫu đổi  
dấu sđđ trong q trình đốt.
2.2.4.  Hệ s ố  nhi ệt độ dãn nở dài của vật dẫn kim lo ại
 

Hệ số dãn nở nhiệt theo chi ều dài của vật dẫn kim lo ại:

          

   

1 dl

l

 =TKl =  l l (độ ­1)
t
t

 
Trong kỹ  thu ật c ần ph ải chú ý đế n hệ  số    
nhiệt độ của vật dẫn:
         

     

R 

= 

­ 

l

               (1.13)
l

 để  tính tốn hệ  số 

                                              (1.14)

  
Giữa các trị  số  của hệ  số  dãn nở  dài theo nhiệt độ  và nhiệ t độ 
nóng chảy của kim loại có quan hệ  với nhau theo quy lu ật nh ất  đị nh. 
Kim loại có giá trị  l cao nóng chảy ở nhiệt độ thấp, cịn kim loại có hệ 
số  l  nhỏ sẽ khó nóng chảy. 
2.2.5.  Tính chất cơ  học c ủa v ật dẫn:  Thơng thườ ng đặc tính cơ  đượ c 
đặc trưng bằng gi ới h ạn b ền kéo và độ  dãn dài tươ ng đố i khi đứt  l/l.
2.3. Đặc điểm và tính chất chọn lựa
Vật liệu dẫn  điệ n trong q trình sử  dụng có những  đặ c  điểm 
sau:


15

­ Tính dẫn điện giảm đi đáng kể sau th ời gian làm việc lâu dài.
­ Hay bị gãy hoặc biến dạng do ch ịu tác dụng của lực cơ học, lực  
điện động và nhiệt độ cao.
­ Bị  ăn mịn hóa học do tác dụng của mơi trườ ng hoặc của các 
dung mơi.
Vì vậy, khi ch ọn v ật li ệu d ẫn điệ n phải đảm bảo đượ c các u 
cầu về  tính chất lý hóa, để  phù hợp với mục đích sử  dụng vật liệu. 
Thơng thườ ng phải đảm bảo các u cầu sau:
­ Độ dẫn điện tốt.
­ Có sức bền cơ  học, đảm bảo đượ c điều kiện  ổn đị nh độ ng và 
ổn định nhiệt.
­ Có khả năng kết hợp với các kim loại khác thành hợp kim.
­ Đảm bảo đượ c tính chất lý học như: tính nóng chảy, tính dẫn 
nhiệt, tính dãn nở vì nhiệt.
­   Đảm   bảo   đượ c   tính   chất   hóa   học:   tính   chống   ăn   mịn   do   tác 
dụng của mơi trườ ng và các dung mơi gây ra.
­ Đảm bảo đượ c tính chất cơ học.
2.4. Phân loại và phạm vi ứng d ụng
Vật liệu dẫn điệ n có thể   ở  thể  rắn, lỏng và trong một số  điề u  
kiện phù hợp có thể là thể khí hoặc hơi.
Vật liệu dẫn điệ n  ở  thể  rắn gồm các kim loại và hợp kim của  
chúng. 
Vật liệu dẫn điện  ở  thể  lỏng bao g ồm các kim loại lỏng và các  
dung dịch điện phân. Vì kim loại thườ ng nóng chảy  ở  nhiệt độ  rất cao 
(trừ  thủy ngân có nhiệt độ  nóng chảy  ở  ­39 0C) do đó trong điều kiện 
nhiệt độ bình thườ ng chỉ có thể dùng vật liệu dẫn điệ n kim loại lỏng là  
thủy ngân.
 Các chất  ở thể khí hoặc hơi có thể  trở  nên dẫn điệ n nếu chịu tác 
động của điện trườ ng lớn. 
Vật liệu dẫn điệ n đượ c phân thành hai loại: vật liệu có tính dẫn 

điện tử và vật liệu có tính dẫn ion.
­ Vật liệu có tính dẫn điệ n tử: là vật chất mà sự  hoạt độ ng của 
các điện tử  khơng làm biến đổi thực thể  đã tạo thành vật liệu đó. Vậ t 


16

dẫn có tính dẫn điện tử  bao gồm nh ững kim lo ại  ở tr ạng thái rắn hoặc  
lỏng, hợp kim c ủa chúng và một số  chất khơng phải kim loại nh ư  than  
đá. Kim loại và hợp kim có tính dẫn điện tốt đượ c chế  tạo thành dây  
dẫn điện, cáp điện, dây quấn máy biến áp, máy điệ n... Các kim loại và 
hợp kim có điện trở  cao dùng trong các dụng cụ  đố t nóng bằng điện,  
đèn thắp sáng, biến tr ở và điện trở mẫu...
­ Vật liệu có tính dẫn ion: là những vật chất mà dịng điệ n đi qua 
sẽ  tạo nên sự biến đổi hóa học. Vật dẫn có tính ion thơng thườ ng là các 
dung dịch: dung d ịch axit, dung d ịch ki ềm và các dung dịch mu ối.
Tất cả  các chất khí và hơi, kể  cả  hơi kim loại, n ếu c ường  độ 
điện trườ ng ngồi thấp sẽ  khơng phải là vật dẫn (cách điện). Nhưng 
nếu cườ ng độ  điện trườ ng ngồi vượ t q một giá trị  giới hạn nào đó 
đủ  gây ion hóa quang và ion hóa va chạm thì chất khí đó trở  thành vật  
dẫn có điện dẫn ion và điện tử. Khi bị  ion hóa mạnh sẽ  có số  điện tử 
và ion dươ ng b ằng nhau sinh ra trong m ột đơn vị  thể  tích là mơi trườ ng 
dẫn điện đặc biệt gọi là plazma.
2.5. Một số v ật li ệu thơng dụng
2.5.1. Đồng và hợp kim của đồng
2.5.1.1. Đồng
Đồng là vật liệu dẫn điện quan tr ọng nhất trong t ất c ả  các loại 
vật liệu dẫn điện dùng trong kỹ  thu ật điệ n, vì nó có các  ưu điểm nổ i 
trội so với các vật liệu dẫn điệ n khác.
­ Đặc tính của đồng:

+ Điện trở suất nh ỏ (ch ỉ l ớn h ơn so v ới b ạc Ag)
+ Độ bền cơ học tươ ng đố i cao
+ Trong nhiều tr ường  h ợp  đồng có tính chất chống  ăn mịn tốt 
(đồng bị  oxy hóa tươ ng đối chậm so với sắt ngay khi có độ   ẩ m cao; 
đồng chỉ bị oxy hóa mạnh ở  nhiệt độ  cao).
+ Khả  năng gia cơng tốt,  đồng cán  đượ c  thành tấm, thanh, kéo  
thành sợi; độ nhỏ của dây có thể đạt tới phần nghìn milimet.
+ Hàn và gắn tươ ng đối dễ dàng.
+ Có khả năng tạo thành hợp kim tốt


17

­ Đồng tiêu chuẩn là đồng ở trạng thái ủ, ở 20 0C có điện dẫn suất 
58m/ .mm2, nghĩa là     = 0,017241 .mm2/ m. Ngườ i ta th ường ch ọn  
số  liệu này làm gốc để  đánh giá điện dẫn suất của các kim loại và hợp  
kim khác.
­ Phân loại
+ Đồng đượ c kéo nguội gọi là đồng cứng: có sức bền cao, độ  dãn 
dài  nhỏ, rắn và đàn hồi (khi u ốn).
+ Đồng đượ c nung nóng rồi để  nguội gọi là đồ ng mềm: nó ít rắn  
hơn đồng cứng, sức b ền c ơ  h ọc kém, độ  dãn khi đứt lớn và điệ n dẫ n 
suất cao.
+ Đồng đượ c sử dụng trong cơng nghiệp là loại đồ ng tinh chế, nó 
đượ c   phân   loại   trên   cơ   sở   các   tạp   chất   có   trong   đồ ng   (mức   độ   tinh 
khiết của đồng)
Bảng 1.1: Phân loại đồng theo t ỷ lệ tạp ch ất
Ký hiệu

CuE

Cu9

Cu5

Cu0

Cu%

99,95

99,90

99,50

99,00

Trong kỹ  thu ật ng ười ta s ử  d ụng  đồng   có tỷ  lệ  đồng 99,95% và 
99,90%  để làm dây dẫn điện.
­ Ứng dụng
+ Đồng cứng đượ c dùng  ở  những nơi cần sức b ền c ơ  gi ới cao,  
chịu mài mịn như  làm cổ  góp điện, thanh dẫn  ở  tủ phân phối, thanh cái  
trạm biến áp, lưỡ i  dao chính của cầu dao cách ly, các tiế p điểm của  
thiết bị bảo v ệ...
+ Đồng mềm dùng  ở  những nơi có độ  uố n lớn và sức bề n cơ  học  
cao như: ru ột cáp dẫn điện, thanh góp điện áp cao, dây dẫn điệ n, dây  
quấn máy điện.
2.5.1.2. H ợp kim c ủa đồng
Ngồi việc dùng đồng tinh khiết làm vật dẫn, ngườ i ta cịn dùng 
các hợp kim c ủa đồng với các chất khác như: thiếc, silic, photpho, crom,  

mangan, cadimi... trong  đó đồng chiếm tỷ  lệ  cao cịn các chất khác có 
hàm lượ ng thấp. Căn cứ  vào lượ ng và thành phần các chất ta có 2 loại 
hợp kim đồng: đồng thanh và đồng thau.
Bảng 1.2. Tính chất của h ợp kim đồng kỹ thuật


18

Hợp kim

Trạng 
thái

Đồng thanh 
ủ
Camidi (0,9% Cd) kéo nguội

Điện dẫn 
%, so với 
đồng

Giới hạn 
bền kéo, 
kG/mm2

Độ   giãn   dài 
tươ ng   đối   khi 
đứt %

95

Đến 31

50

83 ÷ 90

Đến 73

4

Đồng thanh

ủ

55 ÷ 60

 29

55

(0,8%Cd, 0,6% 
Sn)

kéo nguội

50 ÷ 55

đến 73

4

Đồng thanh

ủ

15 ÷ 18

37

45

(2,5% Al, 2% Sn)

kéo nguội

15 ÷ 18

đến 97

4

Đồng thanh 
photpho (7%Sn, 
0,1%P)

ủ

10 ÷ 15

40

60

kéo nguội

10 ÷ 15

105

3

Đồng thau

ủ

25

32 ÷ 35

60 ÷ 70

(70%Cu, 30%Zn)

kéo nguội

25

đến 88

5

Ứng dụng của h ợp kim đồng:
­ Đồng thanh đượ c dùng để  chế  tạo các chi tiết dẫn điện trong 
các máy điện và khí cụ  điện; để  gia cơng các chi tiết nối và giữ  dây 
dẫn, các ốc vít, đai cho hệ th ống nối đất, cỏ góp điệ n, các gia đỡ ...
­ Đồng thau đượ c dùng trong kỹ  thu ật  điện để  gia cong các chi 
tiết dẫn dịng như   ổ  cắm điệ n, phích cắm, đui đèn, đầ u nố i hệ  thống 
tiếp đất, các ốc, vít...
2.5.2. Nhơm
Sau đồng, nhơm là vật liệu quan tr ọng th ứ hai đượ c sử dụng trong  
kỹ  thuật điện, nhơm có điệ n dẫn suất cao (nó chỉ  thua bạc và đồ ng),  
trọng lượ ng riêng giảm, tính chất vật li ệu và hố học cho ta khả  năng  
dùng nó làm dây dẫn điện.
  Nhơm có màu trắng bạc là kim loại tiêu biểu cho các kim loại  
nhẹ  (nghĩa là kim loại có khối lượ ng nhỏ  hơn 5 G/cm 3). Khối lượ ng 
riêng   của   nhôm   đúc   gần   bằng   2,6G/cm 3),   nhôm   cán   là   2,7G/cm 3,   nhẹ 


19

hơn đồng 3.5 lần. Hệ  số  nhi ệt độ  dãn nở  dài, nhiệt  dung và nhiệ t độ 
nóng chảy của nhơm đều lớn hơn đồng.
        Điện dẫn suất của nhơm   = 0,028 .mm2/ m.
 

Ngồi ra nhơm cịn có một số ưu, nh ược điểm sau:

Nhượ c điểm:
- Cùng một tiết diện và độ  dài, nhơm có điệ n trở  cao hơn  đồ ng 

1,63 lần
- Khó hàn nối hơn đồng, chỗ  tiếp xúc khơng hàn dễ  hình thành lớp 
ơxít có điện trở cao, phá huỷ chỗ tiếp xúc.
­ Khi nhơm và đồng tiếp xúc nhau, nếu bị   ẩm  s ẽ  hình thành pin  
cục bộ  có trị  số  suất  điệ n độ ng khá cao, dịng điện  đi từ  nhơm sang 
đồng phá huỷ mối tiếp xúc rất nhanh.
Ưu điểm
­ Giá thành hạ.
­ Trọng lượ ng nh ẹ  nên đượ c dùng để  chế  tạo  các đườ ng dây tải 
điện trên khơng; những đườ ng cáp này để  có điệ n trở  nhỏ, đườ ng kính 
dây càng phải l ớn nên giảm đượ c hiện tượ ng phóng điệ n vầng quang.
       Nhơm tinh khi ết có thể thay th ế chì để làm vỏ cáp.
Nhơm  dùng  trong  cơng nghiệp  đượ c  phân  loại  trên  cơ  sở  tỷ  lệ 
phần trăm của kim lo ại tinh khi ết và tạp chất. Nhôm sử  dụng trong kỹ 
thuật điện phải bảo đảm tinh khiết tối thi ểu 99,5% Al, các tạp chất  
khác như sắt, silic t ối đa là 0,45%, đồng và kẽ m là 0,05%.
Bảng 1.3: Phân loại nhôm theo t ỷ lệ tạp ch ất
Ký hiệu

AB1

AB2

A­00

A­0

A­1

A­2

A­3

Nhơm %

99,90

99,85

99,70

99,60

99,50

99,00

98,00

Theo tiêu chuẩn qu ốc t ế, nhơm dùng trong k ỹ  thuật điện để  làm 
dây dẫn có độ tinh khi ết l ớn h ơn 99,5%.
Ứng dụng của nhơm: trong kỹ  thu ật  điệ n, nhôm  được  sử  dụng 
phổ biến để chế tạo:
­ Dây dẫn điện trên không để truyền tải điệ n năng.