Chuong 0  mo dau
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Chuong 0 mo dau

on

  • 1,456 views

Chuong 0 mo dau

Chuong 0 mo dau

Statistics

Views

Total Views
1,456
Views on SlideShare
1,456
Embed Views
0

Actions

Likes
2
Downloads
36
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Chuong 0  mo dau Chuong 0 mo dau Document Transcript

  • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương Mở ĐầuChương Mở Đầu: NHỮNG HIỂU BIẾT CHUNG VỀ CẤU TẠO VẬT CHẤT 1. Cấu tạo nguyên tử. Nguyên tử là phần tử cơ bản của vật chất. Theo mô hình Born thì nguyên tử đượccấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương và các điện tử có điện tích âm chuyển độngtrên các quĩ đạo bao quanh hạt nhân. Khối lượng của điện tử khi nó ở trạng thái tĩnh hay chuyển động với vận tốc rấtnhỏ so với vận tốc ánh sáng có trị số bằng m = 9,1.10 -31 kg, trong khi đó khối lượng củamỗi hạt trong nhân lớn gấp 1850 lần khối lượng của điện tử. Do đó, có thể cho rằng khốilượng của nguyên tử được tập ở hạt nhân. Bình thường nguyên tử ở trạng thái trung hoà về điện: số điện tích dương bằng sốđiện tích âm của các điện tử trong nguyên tử. Nhưng vì nguyên nhân nào đó nguyên tử bịmất đi một vài điện tử thì nó sẽ trở thành ion dương. Ngược lại, khi nguyên tử nhận thêmđiện tử nó sẽ trở thành ion âm. Để có khái niệm về năng lượng của điện tử xét trường hợp đơn giản của nguyên tửHyđrô, nguyên tử này được cấu tạo từ một prôton và một điện tử. Khi điện tử chuyển động trên quĩ đạo có bán kính r bao quanh hạt nhân thì nó sẽchịu lực hút của hạt nhân được xác định bởi: q2 f1 = 2 rLực này sẽ cân bằng với lực ly tâm của chuyển động tròn: mv 2 f2 = rTrong đó: q2 v2 = r.m m _ khối lượng của điện tử. v _ vận tốc dài của chuyển động tròn. Từ đó sẽ xác định được động năng: mv 2 q 2 T= = 2 2r Do thế năng của điện tử có trị số: q2 U =− r 1
  • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương Mở ĐầuNên năng lượng của điện tử sẽ bằng: q2 W =U +T = − 2r Biểu thức trên chứng tỏ mỗi điện tử của nguyên tử đều tương ứng với một mứcnăng lượng nhất định và để di chuyển nó tới quĩ đạo xa hơn phải cung cấp năng lượngcho điện tử. Sự kích thích và sự ion hoá: Trong điều kiện bình thường các điện tử của nguyên tố nằm ở trạng thái có trật tự,bắt đầu ở trạng thái mức năng lượng thấp nhất. Khi tác động lên nguyên tử bằng một tiarơn gen thì các điện tử của nguyên tử sẽ hấp thụ một phần năng lượng ở trạng thái bìnhthường. Hiện tượng này gọi là sự kích thích nguyên tử. Nhiều lần hoặc một lần kích thíchnguyên tử có thể đạt được trạng thái mà một vài điện tử ở trạng thái khi n=∝ và nó bứtkhỏi lực hút của hạt nhân. Trong trường hợp này ta nói rằng nguyên tử ở trạng thái ionhoá. 2. Cấu tạo vật chất. Vật chất được cấu tạo từ nguyên tử, phân tử hoặc ion theo các dạng liên kết sauđây:  Liên kết đồng hoá trị: Liên kết đồng hoá trị được hình thành là nhờ các hạt nhân của nguyên tử là trungtâm lực kéo của tất cả các điện tử. Các điện tử trở nên chung nhau và hình thành phân tửcủa các nguyên tử. Lấy cấu trúc của phân tử Clo làm ví dụ: phân tử này gồm hai nguyên tử Clo vànhư đã biết mỗi nguyên tử Clo gồm 17 điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng (điệntử hoá trị). Hai nguyên tử này được liên kết bền vững với nhau bằng cách cùng sử dụngchung hai điện tử: Cl + Cl ⇒ Cl Cl Lớp vỏ ngoài cùng mỗi nguyên tử được bổ sung thêm một điện tử của nguyên tửkia. Phân tử theo liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc cực tính. Phân tử Clo thuộc loại trung tính vì như trên hình trên . các trung tâm điện tíchdương và âm trùng nhau. Axít Clohyđric (HCl) là ví dụ của phân tử cực t1nh. Các trung tâm điện tích dươngvà âm cách nhau một khoảng cách là a và như vậy phân tử này được xem như một lưỡngcực điện với moment lưỡng cực bằng 18aq -18q +18q µo a  Liên kết ion: Liên kết này được xác lập bởi lực hút giữa các ion dương và âm. Vật rắn có cấutạo ion được đặc trưng bởi tính chất khá bền vững về cơ học và nhiệt độ nóng chảy tươngđối cao. Ví dụ điển hình của tinh thể ion là muối Halogen của kim loại kềm. 2
  • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương Mở Đầu Đặc điểm của liên kết này là hấp thu mạnh tia hồng ngoại. Ngoài ra ở nhiệt độthấp chúng là điện môi rất tốt, ngược lại ở nhiệt độ cao chúng có tính dẫn điện rất cao.  Liên kết kim loại: Dạng liên kết này cũng tạo nên tinh thể rắn. Kim loại được xem như là một hệthống cấu tạo từ các ion dương nằm trong môi trường các điện tử tự do. Sức hút giữa cácion dương và điện tử tạo nên tính nguyên khối của kim loại. Sự tồn tại của các điện tử tự do làm cho kim loại có tính óng ánh và tính dẫn điện,dẫn nhiệt cao.  Liên kết vandecvanx: Liên kết này được quan sát thấy giữa các phân tử của một số chất như parafin cónhiệt độ nóng chảy thấp. Điều đó chứng tỏ rằng dạng liên kết này là dạng liên kết yếu,cấu trúc mạng tinh thể không vững chắc.  Liên kết Hyđrô: Các ion dương của hyđrô là proton không có điện tử trên lớp vỏ, vì vậy kích thướccủa nó rất nhỏ, gần bằng không. Liên kết hyđrô không mạnh, nó ở giới hạn (20 - 50J/mol) và phân tử là điện môi. 3. Khuyết tật trong vật rắn. Mạng tinh thể với trường tĩnh điện thay đổi theo chu kỳ là một biểu tượng về trậttự của thế giới nguyên tử trong vật rắn. Trên thực tế, tính chu kỳ của trường tĩnh điện mạng tinh thể thường bị phá huỷ dosự tồn tại của các khuyết tật như lỗ xốp, vết rạn nứt, tạp chất lạ v.v… từ đó sẽ làm thayđổi các đặc tính lý, hoá cơ và điện của vật liệu. Trong kỹ thuật người ta đã sử dụng tínhchất trên để chế tạo vật liệu có các thuộc tính đặc biệt. 4. Lý thuyết phân vùng năng lượng trong vật rắn. Có thể sử dụng lý thuyết phân vùng năng lượng để giải thích, phân loại các nhómvật liệu dẫn điện, bán dẫn điện và cách điện. Việc nghiên cứu quang phổ phát xạ của các chất khác nhau ở trạng thái khí _ khicác nguyên tử cách xa nhau _ chỉ rõ rằng nguyên tử của mỗi chất được đặc trưng bởinhững vạch quang phổ hoàn toàn xác định. Điều đó chứng tỏ rằng nguyên tử có nhữngmức năng lượng xác định. Nguyên tử khi ở trạng thái bình thường sẽ có mức năng lượng tương ứng với mứcnăng lượng của lớp điện tử hoá trị. Khi điện tử hoá trị được cung cấp năng lượng đủ để di chuyển tới quĩ đạo xa hạtnhân hơn thì nguyên tử sẽ ở trạng thái bị kích thích và có mức năng lượng cao hơn (mứckích thích) và khi năng lượng cung cấp cho điện tử còn lớn hơn nữa nguyên tử sẽ bị ionhoá và có mức năng lượng cao nhất. W Sau đây cho thấy sơ đồ phân bố Vùng rỗng, vùng tự dovùng năng lượng của vật rắn ở nhiệt độtuyệt đối (0oK). Do không có năng lượngcủa chuyển động nhiệt nên vùng nănglượng bình thường của nguyên tử được gọi ∆W Vùng cấmlà vùng đầy hoặc vùng hóa trị sẽ ở vị tríthấp nhất. Vùng đầy, vùng hóa trị 3
  • Bài giảng: Vật Liệu Kỹ Thuật Điện Chương Mở Đầu Tùy theo chiều rộng tùy vùng cấm ∆W vật liệu được phân loại theo tính dẫn điệnnhư sau:  Điện môi: là chất có vùng cấm rộng tới mức ở điều kiện bình thường các điện tử hoá trị tuy được cung cấp thêm năng lượng của chuyển động nhiệt cũng không thể di chuyển tới vùng rỗng để trở thành điện tử tự do.  Vật dẫn: là chất có vùng đầy nằm sát với vùng rỗng. Các điện tử hoá trị trong vùng đầy có thể chuyển một cách không điều kiện tới vùng rỗng và do đó, loại vật liệu này có điện dẫn rất cao.  Bán dẫn điện: là chất có chiều rộng dãy cấm bé ( ∆W = 0,2 - 1,5 eV) nên ngay ở nhiệt độ bình thường một số điện tử hoá trị trong vùng đầy với sự tiếp sức của chuyển động nhiệt đã có thể di chuyển tới vùng rỗng để hình thành tính dẫn điện của vật liệu. Vùng rỗng 3 a b 321 c 31 Vùng cấm 21 Vùng đầy Biểu đồ năng lượng a a. điện môi. b b. bán dẫn. c c. kim loại 5. Phân loại vật liệu theo từ tính. Theo từ tính vật chất được phân theo các chất nghịch từ, thuận từ và dẫn từ.  Nghịch từ: là chất có độ từ thẩm µ < 1 và không phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài. Loại này gồm có hydro, các khí hiếm, đa số các hợp chất hữu cơ, muối mỏ và một loạt kim loại đồng, kẽm, bạc vàng, thuỷ ngân.v.v..  Thuận từ: là chất có độ từ thẩm µ > 1 và cũng không phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài. Loại này gồm có oxy, nitơ, oxyt, muối sắt, các muối coban và niken, kim loại kiềm, nhôm, bạch kim. Các chất thuận từ và nghịch từ có độ từ thẩm gần bằng 1.  Dẫn từ: là chất có µ > 1 và phụ thuộc vào cường độ của từ trường ngoài. Loại này gồm có sắt, niken, côban và các hợp kim của chúng, hợp kim crôm và mangan, gadolonit, ferit có các thành phần khác nhau. 4