Giáo trình Vật liệu điện, lạnh (Phần 1)

Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 1 
GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU ĐIỆN – LẠNH 
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT MÔN HỌC : 
- Vị trí : 
+ Được bố trí sau khi đã học xong các môn học chung và cơ sở kỹ thuật 
điện; 
- Tính chất: 
+ Là môn học bắt buộc. 
II. MỤC TIÊU MÔN HỌC: 
- Biết các kiến thức về vật liệu kỹ thuật điện và vật liệu kỹ thuật nhiệt 
lạnh . 
- Lựa chọn được các vật liệu để lắp đặt và sửa chữa hệ thống điện lạnh 
- Nghiêm túc tìm hiểu về các đặc tính của các vật liệu để sử dụng đúng 
mục đích. 
CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 
Mục đích chương này nhắc lại một số kiến thức cơ bản đã được học ở phổ 
thông trung học cần thiết về cấu tạo vật chất trước khi nghiên cứu những vật liệu 
kỹ thuật điện cụ thể. 
1.1.KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU ĐIỆN 
1.1.1. KHÁI NIỆM 
Vật liệu điện là tất cả những chất liệu dùng để sản suất các thiết bị sử dụng trong 
lĩnh vực ngành điện. Thường được phân ra các vật liệu theo đặc điểm, tính chất 
và công dụng của nó, thường là các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện, vật liệu 
bán dẫn và vật liệu dẫn từ. 
1.1.2.CẤU TẠO NGUYÊN TỬ CỦA VẬT LIỆU 
Nguyên tử là phần tử cơ bản nhất của vật chất. Mọi vật chất đều được cấu tạo từ 
nguyên tử và phân tử theo mô hình nguyên tử của Bo. 
Nguyên tử được cấu tạo bởi hạt nhân mang điện tích dương (gồm proton p và 
nơtron n) và các điện tử mang điện tích âm (electron, ký hiệu là e) chuyển động 
xung quanh hạt nhân theo một quỹ đạo xác định. 
Nguyên tử : Là phần nhỏ nhất của một phân tử có thể tham gia phản ứng hoá 
học, nguyên tử gồm có hạt nhân và lớp vỏ điện tử hình 1.1 
- Hạt nhân : gồm có các hạt Proton và Nơrton 
- Vỏ hạt nhân gồm các electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo 
xác định. 
Tùy theo mức năng lượng mà các điện tử được xếp thành lớp. 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 2 
Ở điều kiện bình thường, nguyên tử trung hòa về điện, tức là: 
 (+)hạt nhân = (-)e 
 Khối lượng của e rất nhỏ: me= 9,1 .10
-31 (Kg) 
 qe = 1,601 . 10
-19 (C) 
Do điện tử có khối lượng rất nhỏ cho nên độ linh hoạt của tốc độ chuyển 
động khá cao. Ở một nhiệt độ nhất định, tốc độ chuyển động của electron rất 
cao. Nếu vì nguyên nhân nào đó một nguyên tử bị mất điện tử e thì nó trở thành 
Ion (+), còn nếu nguyên tử nhận thêm e thì nó trở thành Ion (-). 
Quá trình biến đổi 1 nguyên tử trung hòa trở thành điện tử tự do hay Ion (+) 
được gọi là quá trình Ion hóa. 
Để có khái niệm về năng lượng của điện tử xét trường hợp đơn giản của 
nguyên thử Hydro, nguyên tử này được cấu tạo từ một proton và một điện tử e 
(hình 1.2). 
Khi điện tử chuyển động trên quỹ đạo có bán kính r bao quanh hạt nhân, thì 
giữa hạt nhân và điện tử e có 2 lực: 
 Lực hút (lực hướng tâm): f1 = 
r
q
2
2
 (1-1) 
và lực ly tâm: f2 = r
mv2 (1-2) 
trong đó: 
m - khối lượng của điện tử, 
v - vận tốc dài của chuyển động tròn 
Ở trạng thái trung hòa, hai lực này bân bằng: f1 = f2 hay mv
2 = 
r
q2
 (1-3) 
Năng lượng của điện tử sẽ bằng: 
We = T + U (Động năng T + Thế năng U) 
trong đó: T = 
2
mv2 , U = -
r
q2 . 
Vậy We = T + U = r2
q2 - 
r
q2 = -
r2
q2 hay We = - r2
q2 (1-15) 
Biểu thức trên chứng tỏ mỗi điện tử của nguyên tử đều tương ứng với một 
mức năng lượng nhất định và để di chuyển nó tới quỹ đạo xa hơn phải cung cấp 
r
e - 
Hình 1.2. Mô hình nguyên tử H 
Hình 1.1. Cấu tạo nguyên tử 
 Vỏ nguyên t ử 
 H ạt nhân 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 3 
năng lượng cho điện tử,... Năng lượng của điện tử phụ thuộc vào bán kính quỹ 
đạo chuyển động. Điện tử ngoài cùng có mức năng lượng thấp nhất do đó dễ bị 
bứt ra và trở thành trạng thái tự do. Năng lượng cung cấp cho điện tử e để nó trở 
thành trạng thái tự do gọi là năng lượng Ion hóa (Wi). 
Để tách một điện tử trở thành trạng thái tự do thì phải cần một năng lượng 
Wi We. Khi Wi We chỉ kích thích dao động trong một khoảng thời gian rất 
ngắn, các nguyên tử sau đó lại trở về trạng thái ban đầu. Năng lượng Ion hóa 
cung cấp cho nguyên tử có thể là năng lượng nhiệt, năng lượng điện trường hoặc 
do va chạm, năng lượng tia tử ngoại, tia cực tím, phóng xạ. Ngược lại với quá 
trình Ion hóa là quá trình kết hợp: 
Nguyên tử + e Ion (-). 
Ion (+) + e nguyên tử, phân tử trung hòa. 
1.1.3.CẤU TẠO PHÂN TỬ CỦA VẬT LIỆU 
Là phần nhỏ nhất của một chất ở trạng thải tự do nó mang đầy đủ các đặc 
điểm, tính chất của chất đó, trong phân tử các nguyên tử liên kết với nhau bởi 
liên kết hóa học.Vật chất được cấu tạo từ nguyên, phân tử hoặc ion theo các 
dạng liên kết dưới đây: 
1.1.3.1. Liên kết đồng hóa trị 
Liên kết này đặc trưng bởi sự kiện là một số điện tử đã trở thành chung cho 
các nguyên tử tham gia hình thành phân tử. 
Lấy cấu trúc của phân tử clo làm ví dụ: phân tử này gồm 2 nguyên tử clo và 
như đã biết, nguyên tử clo có 17 điện tử, trong đó 7 điện tử ở lớp ngoài cùng 
(điện tử hoá trị). Hai nguyên tử clo liên kết bền vững với nhau bằng cách sử 
dụng chung hai điện tử như trên hình 1.3 . Lớp vỏ ngoài cùng của mỗi nguyên 
tử được bổ sung thêm một điện tử của nguyên tử kia. 
 ClCl 
 ClCl 
Phân tử liên kết đồng hoá trị có thể là trung tính hoặc cực tính. Phân tử clo 
thuộc loại trung tính vì các trung tâm điện tích dương và điện tích dương trùng 
nhau. Axit clohydric HCl là ví dụ của phân tử cực tính. Các trung tâm điện tích 
dương và âm cách nhau một khoảng và như vậy phân tử này được xem như một 
lưỡng cực điện. 
Tùy theo cấu trúc các phân tử đối xứng hay không đối xứng mà chia các 
phân tử ra làm hai loại: 
- Phân tử không phân cực là phân tử mà trọng tâm điện tích âm trùng với 
trọng tâm điện tích dương; 
Hình 1.3. 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 4 
- Phân tử phân cực là phân tử mà tâm điện tích âm cách trọng tâm điện tích 
dương một khoảng l ; 
Để đặc trưng cho sự phân cực nguời ta dùng mô men lưỡng cực 
Pe = q.l 
Trong đó: 
q: là điện tích 
l: có chiều –q đến +q và có độ lớn bằng l( khoảng cách giữa trọng 
tâm điện tích dương và trọng tâm điện tích âm) 
1.1.3.2. Liên kết Ion 
Liên kết ion được xác lập bởi lực hút giữa các Ion (+) và Ion(-). Liên kết 
này chỉ xảy ra giữa các nguyên tử của các nguyên tố hóa học có tính chất khác 
nhau. 
Đặc trưng cho dạng liên kết kim loại là liên kết giữa các kim loại và phi 
kim để tạo thành muối, cụ thể là Halogen và kim loại kiềm gọi là muối Halogen 
của kim loại kiềm. 
 Liên kết này khá bền vững. Do vậy nhiệt độ nóng chảy của các chất có liên 
kết Ion rất cao. 
Ví dụ: liên kết giữa Na và Cl trong muối NaCl là liên kết ion (vì Na có 1 
electron lớp ngoài cùng cho nên dễ nhường 1 electron tạo thành Na+, Cl có 7 
electron ở lớp ngoài cùng cho nên dễ nhận 1 electron tạo thành Cl-, hai ion này 
trái dấu sẽ hút nhau và tạo thành phân tử NaCl, muối NaCl có tính hút ẩm tnc 
=8000C, tsôi <11550
0C. 
Hình 1.4 là mạng tinh thể lập phương (cơ bản) của kim loại. Dạng liên kết 
này giải thích được những tính chất đặc trưng của kim loại: 
1.1.3.3. Liên kết kim loại 
Là liên kết trong các kim loại mà hạt 
nhân ở các nút mạng tinh thể. Xung quanh 
hạt nhân có các điện tử liên kết, ngoài ra 
còn có các điện tử tự do. Do đó, kim loại có 
tính chất dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. 
Khi không kể đến chuyển động nhiệt 
thì các hạt (gồm nguyên tử, phân tử hoặc 
ion) ở một vị trí xác định gọi là nút. Các nút 
được sắp xếp theo một trật tự xác định hợp 
thành mạng tinh thể. 
Hình 1.4. Mạng tinh thể cơ bản 
 của kim loại 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 5 
- Tính nguyên khối ( rắn): Lực hút giữa các ion âm và các điện tử tạo nên tính 
nguyên khối, kim loại thường ở dạng mạng tinh thể 
- Tính dẻo: do sự dịch chuyển và trượt lên nhau của các ion 
- Do tồn tại các điện tử tự do nên kim loại thường có ánh kim, dẫn điện và dẫn 
nhiệt cao. 
1.1.3.4. Liên kết VanDecVan: 
Tương tự như liên kết kim loại nhưng là liên kết yếu, do vậy nhiệt độ nóng chảy 
thấp (Ví dụ: paraphin). 
1.1.4. NHỮNG KHUYẾT TẬT TRONG CẤU TẠO VẬT RẮN 
Thực tế các mạng tinh thể có kết cấu đồng đều hay không đồng đều, tuy nhiên 
trong kỹ thuật nguời ta thường sử dụng các những vật liêuh có cấu trúc đồng 
đều. Sự phá hủy các kết cấu đều và tạo nên các khuyết tật trong vật rắn thường 
gặp nhiều trong thực tế. Những khuyết tật có thể được tạo nên bằng sự ngẫu 
nhiên hay cố ý trong quá trình công nghệ chế tạo vật liệu. 
Khuyết tật trong vật rắn : Là bất kỳ 1 hiên tượng nào làm cho trường tĩnh điện 
của mạng tinh thể mất tính chu kỳ. 
Các dạng khuyết tật trong vật rắn thường là : tạp chất, đoạn tầng, khe rãnh .... 
Khuyết tật trong vật dẫn thường tạo những tính chất vật lý đặc biệt, được ứng 
dụng trong kỹ thuật các vật liệu và các dụng cụ khác nhau 
Ví dụ : chất bán dẫn n –p, các hợp kim điện tử..... 
Tinh thể lý tưởng 
Chứa tạp chất Chứa lỗ trống 
Chèn nguyên tử 
vào giữa 
Dịch chuyển 
Các tạp chất Lỗ trống 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 6 
1.1.5. LÝ THUYẾT PHÂN VÙNG NĂNG LƯỢNG VẬT CHẤT 
Trên hình 1.5 cho sơ đồ phân bố vùng năng lượng của vật rắn ở nhiệt độ 
tuyệt đối 0oK. 
Mỗi một điện tử đều có một mức năng lượng nhất định. Các điện tử hóa trị 
của lớp ngoài cùng ở nhiệt độ 0oK chúng tập trung lại thành một vùng, gọi là 
vùng hóa trị hay vùng đầy (1). 
Các điện tử tự do có mức năng lượng cao hơn tập hợp lại thành dải tự do 
gọi là vùng tự do hay vùng dẫn (2). 
Giữa vùng đầy và vùng tự do có một vùng trống gọi là vùng cấm (3). 
Để một điện tử hóa trị ở vùng đầy trở thành trạng thái tự do cần cung cấp 
cho nó một năng lượng W đủ để vượt qua vùng cấm: 
W W ( W: năng lượng vùng cấm). 
Khi điện tử từ vùng đầy vượt qua vùng cấm sang vùng tự do nó tham gia 
vào dòng điện dẫn. Tại vùng đầy sẽ xuất hiện các lỗ trống (hình dung như một 
điện tích dương) do điện tử nhảy sang vùng tự do tạo ra. Các lỗ trống liên tục 
thay đổi vì khi một điện tử của một vị trí bứt ra tạo thành một lỗ trống thì một 
điện tử của nguyên tử ở vị trí lân cận lại nhảy vào lấp đầy lỗ trống đó và lại tạo 
ra một lỗ trống mới khác,  cứ như vậy dẫn đến các lỗ trống liên tục được thay 
đổi tạo thành những cặp “điện tử lỗ’’ trong vật chất. Khi có tác động của của 
điện trường các lỗ sẽ chuyển động theo chiều của điện trường giống như các 
điện tích dương, còn các điện tử sẽ chuyển động theo chiều ngược lại. Cả hai 
chuyển đổng này hình thành tính dẫn điện của vật chất. 
Số lượng điện tử trở thành trạng thái tự do tuỳ theo mức độ năng lượng từ 
cao xuống thấp. 
Dựa vào lý thuyết phân vùng năng lượng, người ta chia ra vật liệu kỹ thuật 
điện thành: vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện và vật cách điện (chất điện môi). 
- Đối với vật liệu cách điện (hình 1.6c): Vùng dẫn (2) rất nhỏ; 
2 
3 
1 
Vùng tự do (vùng dẫn) 
Vùng cấm 
Vùng đầy (vùng hoá trị) 
W 
 W 
Hình 1.5. Sơ đồ phân bố vùng năng lượng của vật rắn ở 00K 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 7 
Vùng cấm (3) rộng tới mức ở điều kiện bình thường các điện tử hoá trị tuy được 
cung cấp thêm năng lượng của chuyển động nhiệt vẫn không thể di chuyển tới 
vùng dẫn (2) để trở thành tự do. 
Năng lượng W của vùng (3) lớn, WCĐ = 1,5  vài eV Như vậy trong 
điều kiện bình thường vật liệu có điện dẫn bằng không (hoặc nhỏ không đáng 
kể). 
- Đối với vật liệu bán dẫn có vùng hoá trị (1) nằm sát hơn vùng dẫn (2) so với vật 
liệu cách điện (hình 1.6b). Năng lượng vùng cấm (3) lớn hơn so với vật liệu 
cách điện; 
 WBD = 1,2  1,5 eV. 
nên ở điều kiện bình thường một số điện tử hoá trị trong vùng (1) với sự tiếp sức 
của chuyển động nhiệt đã có thể chuyển tới vùng (2) để hình thành tính dẫn điện 
của vật liệu. 
- Đối với vật liệu dẫn điện (hình 1.6a): có vùng hoá trị (1) nằm sát hơn vùng dẫn 
(2) so với vật liệu bán dẫn, với mức năng lượng vùng cấm: 
 WDĐ< 0,2 eV. 
 Các điện tử hoá trị trong vùng (1) có thể di chuyển một cách không điều 
kiện tới vùng (2) và do đó loại vật liệu này có điện dẫn rất cao. 
+ Vật liệu dẫn điện tốt: W 0. 
+Vật liệu siêu dẫn: W< 0. 
Chú ý: Vật liệu điện không phải cố định hoàn toàn. Chúng có thể chuyển đổi từ 
vật dẫn sang bán dẫn hoặc cách điện hoặc ngược lại... tùy thuộc vào năng lượng 
tác động giữa chúng hay phụ thuộc vào điều kiện tác động của môi trường. Ở 
điều kiện này có thể là vật cách điện nhưng ở điều kiện khác nó lại trở thành vật 
dẫn điện. 
W 
a) b) c) 
1 
3 
2 
1 
2 
3 
1 
3 
2 
Hình 1.6 
a) Vật liệu dẫn điện b) Vật liệu bán dẫn c) Vật liệu cách điện 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 8 
 Ngoài cách phân loại vật liệu nêu trên, dựa vào độ từ thẩm  người ta còn 
phân loại vật liệu theo từ tính. Những chất có độ từ thẩm: 
 > 1: gọi là vật liệu thuận từ. 
<1: gọi là vật liệu nghịch từ. 
>>1: gọi là vật liệu dẫn từ. 
1.2. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU ĐIỆN 
1.2.1. Phân loại theo khả năng dẫn điện 
Trên cơ sở giản đồ năng lượng người ta phân loại theo vật liệu cách điện (điện 
môi ), bán dẫn và dẫn điện 
 1. Điện môi: là chất có vùng cấm lớn đến mức ở điều kiện bình thường sự 
dẫn điện bằng điện tử không xảy ra. Các điện tử hóa trị tuy được cung cấp thêm 
năng lượng của chuyển động nhiệt vẫn không thể duy chuyển tới vùng tự do để 
tham gia vào dòng điện dẫn. Chiều rộng vùng cấm của điện môi W nằm trong 
khoảng từ 1,5 đến vài điện tử von ( eV). 
 2. Bán dẫn: là chất có vùng cấm hẹp hơn so với điện môi, vùng này có 
thể thay đổi nhờ tác động năng lượng từ bên ngoài. Chiều rộng vùng cấm chất 
bán dẫn bé ( W=0,5-1,5eV), do đó ở nhiệt độ bình thường một số điện tử hóa trị 
ở vùng đầy được tiếp sức của chuyển động nhiệt có thể di chuyển tới vùng tự do 
để tham gia vào dòng điện dẫn. 
 3. Vật dẫn: là chất có vùng tự do nằm sát với vùng đầy thậm chí có thể 
chồng lên vùng đầy ( W < 0,2eV). Vật dẫn điện có số lượng điện tử tự do lớn, ở 
nhiệt độ bình thường các điện tử hóa trị trong vùng đầy có thể chuyển sang vùng 
tự do rất dễ dàng, dưới tác dụng của lực điện trường các điện từ này tham gia 
vào dòng điện dẫn, chính vì vậy vật dẫn có tính dẫn điện tốt. 
1.2.2.Phân loại theo từ tính 
Nguyên nhân chủ yếu của vật liệu gây nên từ tính là do các điện tích chuyển 
động ngầm theo quĩ đạo kín tạo nên những dòng điện vòng. Cụ thể hơn đó là do 
sự quay của các điện tử xung quanh trục của chúng – spin điện đử và sự quay 
theo quĩ đạo của các điện tử trong nguyên tử. 
Hình 1.Biểu diễn chiều mômen từ 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 9 
- Các điện tử chuyển động xung quanh hạt nhân tạo nên dòng điện cơ bản mà nó 
được đặc trưng bởi mômen từ M. Mône từ M tính bằng tích của dòng điện cơ 
bản với một diện tích S được giới hạn bởi đường viền cơ bản: 
M = i.S 
Chiều véc tơ M được xác định theo quy tắc vặn nút chai. hình 1.7 và theo 
phương thẳng góc với diện tích S. Mômen từ của vật thể là kết quả tổng hợp của 
tất cả các mômen từ cơ bản đã nêu trên. 
- Ngoài các mômen quĩ đạo đã nêu trên, các điện tử này còn quay xung quanh 
các trục của nó, do đó còn tạo nên các mômen gọi là mômen Spin. Các spin này 
đóng vai trò quan trọng trong việc từ hóa vật liệu sắt từ. 
- Khi ... 5 
Bảng2. Các hằng số vật lý hóa học chính của Vàng 
Đặc tính Đơn vị đo lường Chỉ tiêu 
-Trọng lượng riêng ở 200C 
-Điện trở suất ở nhiệt độ 200C 
-Điện dẫn suất ở 200C 
- Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt 
độ ở 200C 
- Nhiệt dẫn suất 
- Nhiệt độ nóng chảy bình thường 
- Nhiệt lượng riêng trung bình ở 250C 
- Điểm sôi ở 760mm cột thủy ngân 
- Hệ số giãn nở dài trung bình 20-1000C 
- Modun đàn hồi, E 
- Sức bền đứt khi kéo 
- Thế điện hóa so với H 
Kg/dm3 
cm.10-6 
-1cm-1.106 
- 
1/0C 
W/cm.grd 
0C 
Kcal/kg.grd 
0C 
1/độ ( grd) 
kG/mm2 
kG/mm2 
V 
19,29 
2,20 
0,0155 
0,00365 
3,12 
1063 
0,031 
2700 
115,3.10-6 
7900 
115 
15 
2.4.5.5. Thiếc (Sn) 
Thiếc là kim loại có ánh sáng bạc, sức bền đối với ảnh hưởng của môi 
trường, là kim loại rất mềm (sau chì), dễ dát mỏng và dễ uốn dẻo. Thiếc được 
dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo đồng thanh, làm lớp vỏ bọc bên ngoài để 
bảo vệ các vật liệu dễ bị ăn mòn bởi môi trường, để làm chất hàn,... 
Bảng2. Các hằng số vật lý hóa học chính của Thiếc 
Đặc tính Đơn vị đo lường Chỉ tiêu 
-Trọng lượng riêng ở 200C 
-Điện trở suất ở nhiệt độ 200C 
-Điện dẫn suất ở 200C 
- Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt 
độ ở 200C 
- Nhiệt dẫn suất 
- Nhiệt độ nóng chảy bình thường 
- Nhiệt lượng riêng trung bình ở 250C 
- Điểm sôi ở 760mm cột thủy ngân 
- Hệ số giãn nở dài trung bình 20-1000C 
- Modun đàn hồi, E 
- Sức bền đứt khi kéo 
- Thế điện hóa so với H 
Kg/dm3 
cm.10-6 
-1cm-1.106 
- 
1/0C 
W/cm.grd 
0C 
Kcal/kg.grd 
0C 
1/độ ( grd) 
kG/mm2 
kG/mm2 
V 
7,3 
11,15 
0,087 
0,001515 
0,16 
231,9 
0,05158 
2300 
27,03.10-6 
1150 
2,75 
- 0,10 
2.4.5.6. Thủy ngân (Hg) 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 36 
Thủy ngân là kim loại duy nhất ở thể lỏng và có thể bay hơi trong điều kiện 
thường. 
Thủy ngân tinh khiết có màu trắng bạc, chiếu sáng. Ở nhiệt độ –38,870C, 
nó đông rắn lại, tạo thành một khối tinh thể dễ dát mỏng và vuốt giãn được. 
Thủy ngân có sức bền đối với sự tác động của không khí khô. Khi nung nóng 
trong không khí nó bị oxyt hoá (ở nhiệt độ 3500C, nó bị oxyt hóa rất dễ dàng). 
Thủy ngân được sử dụng trong các đèn chiếu sáng, đèn chỉnh lưu, đèn chiếu đặc 
biệt dùng trong y tế, máy chiếu, máy in,... Ngoài ra còn được dùng làm các tiếp 
điểm trong kỹ thuật đo, trong Rơle và các khí cụ điện. 
Bảng2. Các hằng số vật lý hóa học chính của thủy ngân 
Đặc tính Đơn vị đo lường Chỉ tiêu 
-Trọng lượng riêng ở 200C 
-Điện trở suất ở nhiệt độ 200C 
-Điện dẫn suất ở 200C 
- Hệ số thay đổi điện trở suất theo nhiệt 
độ ở 200C 
- Nhiệt dẫn suất 
- Nhiệt độ nóng chảy bình thường 
- Nhiệt lượng riêng trung bình ở 250C 
- Điểm sôi ở 760mm cột thủy ngân 
- Hệ số giãn nở dài trung bình 20-1000C 
- Modun đàn hồi, E 
- Sức bền đứt khi kéo 
- Thế điện hóa so với H 
Kg/dm3 
cm.10-6 
-1cm-1.106 
- 
1/0C 
W/cm.grd 
0C 
Kcal/kg.grd 
0C 
1/độ ( grd) 
kG/mm2 
kG/mm2 
V 
 13,5156 
 95,8 
 0,0101538 
 0,90.10-3 
 0,103 
 -38,87 
 0,0332 
 356,95 
18,2.10-5 
8200 
16 ủ nhiệt mềm 
29 kéo 
0,86 
 2.5. HỢP KIM CÓ ĐIỆN TRỞ CAO 
Hợp kim có điện trở cao được dùng trong kỹ thuật điện để chế tạo các dụng 
cụ đo lường, điện trở mẫu, biến trở, dụng cụ nung nóng. 
Đối với tất cả các thiết bị ấy đều yêu cầu dây dẫn có điện trở suất cao và hệ 
số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ nhỏ so với các phần tử hợp thành. 
Hiện nay thường dùng các hợp kim có gốc là đồng: Manganin, 
Constantanvà Nikennin, Niken-Crôm, Niken-Nhôm. 
2.5.1. Hợp kim Manganin (86%Cu, 2%Ni, 12%Mn) 
 Hợp kim Manganin là hợp kim chủ yếu dùng trong thiết bị nung và điện trở 
mẫu (điện trở chính xác). Sở dĩ được dùng làm điện trở mẫu là bởi nó không làm 
sai lệch kết quả đo lường ở những dòng điện khác nhau cũng như ở những nhiệt 
độ môi trường xung quanh khác nhau. 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 37 
 2.5.2. Hợp kim Constantan (60%Cu, 150%Ni) 
Constantan dễ hàn và dính rất chặt, hệ số biến đổi điện trở suất theo nhiệt 
độ rất nhỏ (Constantan với nghĩa của nó là hằng số), có trị số âm. 
Constantan được dùng làm biến trở và phần tử nung nóng, Constantan 
không được dùng ở nhiệt độ trên 15500C vì lúc đó nó sẽ bị oxyt hóa. 
Constantan ghép với đồng hay sắt có sức nhiệt điện động lớn. Đó là nhược 
điểm khi dùng điện trở bằng Constantan trong các sơ đồ đo. Do có sự chênh lệch 
nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc nên có sức nhiệt điện động xuất hiện, đó là nguồn sai số. 
Đặc biệt trong các cầu đo chỉ không và sơ đồ phân điện áp. 
Constantan được dùng nhiều làm cặp nhiệt ngẫu để đo nhiệt độ đến 7000C. 
2.5.3. Hợp kim Nikenin [(2535)%Ni, (23)%Mn, 67%Cu] 
Hợp kim Nikenin rẻ tiền hơn Constantan, dễ gia công, có điện trở suất nhỏ 
hơn và hệ số biến đổi của điện trở suất đối với nhiệt độ lớn hơn Constantan. 
Người ta thường dùng hợp kim Nikenin làm biến trở khởi động và điều chỉnh. 
2.5.4. Hợp kim Crôm-Niken (Nicrom) 
Hợp kim Nicrom [1,5% Mn, (5578)%Ni, (1523)%Cr, còn lại là Fe] có 
sức bền tốt ở nhiệt độ cao, điện trở suất và hệ số biến đổi của điện trở suất theo 
nhiệt độ nhỏ. Hợp kim này được dùng để làm các phần tử nung bằng điện như 
bếp điện, mỏ hàn,...với nhiệt độ đến 10000C. 
2.5.5. Hợp kim Crôm - Nhôm 
Hợp kim Crôm - Nhôm là hợp kim rất rẻ được dùng để chế tạo các thiết bị 
nung lớn và lò điện lớn dùng trong công nghiệp. Bảng 2.6. Tổng hợp hành phần 
và các tính chất cơ bản của một số hợp kim có điện trở cao hay dùng trong kỹ 
thuật điện. 
Bảng 2.6 
Tên hợp 
kim 
Thành phần % có trong hợp 
kim 
Tính chất cơ bản 
Cu Mn Ni Cr Al Fe 
(mm2/m) 
(10-6/0C) 
Sức 
nhiệt 
điện 
động 
với 
đồng 
(mV/g
rad) 
Giới 
hạn 
nhiệt 
độ 
làm 
việc 
(0C) 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 38 
Manganin 86 12 2 0,1520,8 10-15 1-2 
100-
200 
Constantan 60 
15
0 
0,1530,5
2 
-5 0,5 
1500
-500 
Nikenin 67 23 
25
3
5 
 0,15 20 250 
Crôm-
Niken 
 1,5 
55
7
8 
15
2
3 
cò
n 
lại 
1,01,2 0,00013 1100 
Crôm-
Nhôm 
 30 15 
cò
n 
lại 
1,21,5 0,000115 1200 
2.6. VẬT LIỆU LÀM ĐIỆN TRỞ 
2.6.1. Khái niệm và phân loại 
2.6.1.1 Khái niệm 
Vật liệu dùng để chế tạo các điện trở phải có: 
 + Điện trở suất lớn 
 + Có hệ số biết đổi theo điện trở suất phải nhỏ để đảm bảo sự ổn định đối với sự 
biến đổi của nhiệt độ( R lớn dẫn tới P lớn dẫn tới T0 lớn làm cho thay đổi và 
 thay đổi). 
2.6.1.2. Phân loại 
- Vật liệu dùng làm điện trở chính xác sử dụng ở những dụng cụ đo lường điện 
và điện trở chuẩn. Loại này có các yêu cầu là đặc tính không được thay đổi theo 
thời gian để nó không tạo ra sai số trong các phép đo. 
- Vật liệu dùng làm bộ biến trở khởi động, loại này có yêu cầu: Phải có sức bền 
trong quá trình nung nóng và sức bền đối với sự ăn mòn. 
- Vật liệu được sử dụng ở những khí cụ điện sưởi nóng và đun nóng, yêu cầu 
phải có sức bền đối với thời gian kéo dài khi nhiệt độ cao. 
Lưu ý: Những kim loại tính khiết ít được dùng làm biến trở vì: Điện trở suất nhỏ 
hơn hợp kim của chúng, của hợp kim tinh khiết >> của hợp kim, bị ăn mòn 
ở nhiệt độ cao. 
2.6.2. Hợp kim dùng làm điện trở 
2.6.2.1. Hợp kim dùng làm điện trở chính xác và dùng làm bộ biến trở 
- Hợp kim loại Mangan, thành phần: 86% Cu, 2% Ni, 12% Mn 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 39 
 Đặc điểm: có sức nhiệt điện động nhỏ ứng dụng: Chế tạo các điện trở chính xác 
vì nó không làm sai lệch kết quả đo lường ở những nhiệt độ khác nhau và những 
dòng điện khác nhau. 
- Hợp kim loại Constantan, thành phần: 60% Cu, 150% Ni, 
 Đặc điểm: Hệ số biến đổi theo điện trở suất rất nhỏ 
 ứng dụng: Dùng làm biến trở và phần tử nung nóng 
2.6.2.2. Hợp kim dùng làm biến trở sưởi nóng và nung nóng 
- Hợp kim trên cơ sở Niken và Crôm thành phần hợp kim được tạo thành theo 
cách hòa tan rắn Niken và Crôm . 
 Đặc điểm: có sức bền tốt ở nhiệt độ cao, điện trở suất lớn và hệ số biến đổi theo 
điện trở suất nhỏ 
- Ngoài ra còn có các loại hợp kim 
+ Hợp kim trên cơ sở Ni , Fe, Crôm 
+ Hợp kim trên cơ sở Fe, Crôm, Al 
+ Dây làm điện trở trên cơ sở Cacbua Silic , Fe, Crôm 
2.7. VẬT LIỆU DÙNG LÀM TIẾP ĐIỂM VÀ CỔ GÓP 
2.7.1. Yêu cầu đối với vật liệu làm tiếp điểm 
- Có sức bền cỏ khí và độ rắn tốt ( tuổi thọ cao) 
- Có điện dẫn suất và dẫn nhiệt tốt để không nóng quá nhiệt độ cho phép khi 
những tiếp điểm này có dòng điện định mức đi qua 
- Có sức bền đối với sự ăn mòn do các tác nhân bên ngoài ( Nước, không khí ẩm 
..) 
- Có nhiệt độ nóng chảy và hóa hơi cao, ôxi của nó phải có điện dẫn suất lớn ( 
tức là để có thể chịu được dòng ngắn mạch cao, Rtx nhỏ) 
- Gia cong dễ dàngm giá thành hạ 
Bên cạnh những điểm nêu trên, nó phải thỏa mãn các điều kiện tùy thuộc và 
dạng tiếp điểm ( có 3 dạng tiếp điểm cố định, di động và trượt) 
 + Với tiếp điểm cô định: Phải có sức bền nén đẻ có thể chịu được áp suất 
lớn, ( lực ấn lớn), phải có điện trở ổn định trong thời gian làm việc lâu dài (Rtx 
ổn định ) 
 +Với tiếp điểm di động: Chúng làm việc theo cách ấn ( đóng và mở các 
MC điện, Công tắc tơ, Rơle điện ) , phải có sức bền đối với sự ăn mòn do tác 
động cơ khí khi đóng mở, phải có sức bền đối với sự tác động của hồ quang 
không bị hàn chặt. 
 + Với tiếp điểm trượt: Chúng làm việc theo cách trượt như: Cổ góp máy 
điện, DCL Phải có sức bền đối với sự mài mòn cơ khí do ma sát 
2.7.2. Sức bền của các tiếp điểm và các yếu tố ảnh hưởng tới sức bền 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 40 
2.7.2.1. Bản chất bề mặt 
- Điện trở của tiếp điểm càng lớn khi điện trở suất của vật liệu càng lớn và điện 
trở càng nhỏ khi ứng suất của vật liệu càng nhỏ, vì vật liệu càng mềm thì sự biến 
dạng của vật liệu càng dễ dàng và số lượng điểm tiếp xúc càng lớn, tức là tổng 
bề mặt tiếp xúc càng tăng lên 
- Khi phụ tải thay đổi hay ngắn mạch, sẽ sinh ra ứng suất rất lớn sẽ làm yếu tiếp 
điểm 
- Bản chất của vật liệu và những điều kiện làm việc ảnh hưởng đến sự ăn mòn 
các tiếp điểm ( Tác động của không khí, nước, hóa chất ) tạo nên trên bề mặt 
tiếp xúc lớp làm xấu tính chất dẫn điện, do đó Rtx tăng lên 
Để tránh ăn mòn , người ta ngăn không cho không khí ẩm xâm nhập hay bảo vệ 
các tiếp điểm bằng phương pháp mạ điện ( mạ thiếc hay bạc đối với đồng) 
2.7.2.2. Lực ấn 
 Là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến điện trở tiếp điểm. Khi cùng một 
diện tích tiếp xúc, nếu lực ấn càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn vì diện tích 
tiếp xúc thực thê phụ thuộc vào lực ấn. Lực ấn ơ những tiếp điểm cố định được 
ghép bằng Bulông cần phải tương đối lớn để đảm bảo Rtx nhỏ. Song cũng không 
được quá lớn vì sẽ tạo nên ứng suất lớn trong vật liệu sẽ làm mất tích đàn hồi sẽ 
làm xấu mối tiếp xúc. 
2.7.2.3. Nhiệt độ của tiếp điểm 
- Nhiệt độ từ nhiệt độ bình thường đến 2500 C, do điện trở suất tăng theo nhiệt 
độ vì thế điện trở mà dòng điện đi qua tiếp điểm sẽ tăng 
- Nhiệt độ từ 2500 C đến 15000 C sức bền cơ học của vật liệu giảm làm tăng diện 
tích tiếp xúc sẽ làm giảm điện trở mà dòng điện đi qua. 
- Nhiệt độ lớn hơn 15000 C, điện trở mà dòng điện đi qua sẽ tăng lại cho đến lúc 
nóng chảy và khi đó điện trở sẽ giảm đột ngột. 
2.7.2.15. Trạng thái của bề mặt lúc tiếp xúc 
Diện tích tiếp xúc càng lớn bao nhiêu thì càng tốt bấy nhiêu ( bản chất của tiếp 
xúc mặt là tiếp xúc điểm) 
2.7.3. Vật liệu làm tiếp điểm 
2.7.3.1. Vật liệu làm tiếp điểm cố định thường sử dụng đồng, nhôm , sắt  
- Đồng và hợp kim của nó có phẩm chất cứng nên có thể sử dụng ở đièu kiện 
bình thường. để có sức bền đối với sự ăn mòn được tốt, người ta bọc Ni tẩm 
Silic mạ Ag 
- Nhôm có sức bền cơ giới thấp, nên không dùng ở nơi có dòng điện ngắn mạch 
lớn. 
- Thép có lớn do đó chỉ dùng khi Công suất bé và điện áp lớn ( dòng điện bé) 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 41 
2.7.3.2. Vật liệu lam tiếp điểm di động 
- Platin: Có tính ổn định cao đối với sự ăn mòn trong không khí do không tạo 
màng oxi nên đảm bảo độ ổn định cho tiếp điểm dẫn tới Rtx nhỏ 
- Bạc: Bạc tinh khiết ít dùng làm tiếp điểm vì bị hồ quang ăn mòn. Tiếp điẻm 
hợp kim Ag và Cu có độ cứng cao và ăn mòn nhỏ thường được sử dụng. 
- Ngoài ra còn dùng W, Mo, làm vật liệu tiếp điểm. 
2.7.3.3. Vật liệu làm tiếp điểm trượt 
- Cu và hợp kim của nó: dùng ở tiếp điểm DCL, tiếp điểm MCĐ, Cổ góp KCĐ: 
máy khoan, máy điện một chiều 
- Al dùng làm tiếp điểm của các phương tiện vận tải bằng điện ( xe điện) 
- C dùng trong các chi tiết KCĐ, các phương tiện vận tải bằng điện vì nó không 
ăn mòn dây dẫn điện và có tuổi thọ khá cao. 
2.7.3.15. Vật liệu làm tiếp điểm có công suất lớn ( MCĐ có U cao) 
- Là các vật liệu tổng hợp, chúng được tạo nên từ những kim loại khó nóng chảy 
với kim loại dẫn điện tốt, một kim loại dẫn điện tốt còn kim loại kia có sức bền 
cỏ khí lớn. Những vật liệu này gồm Ag- W, Ag- Ni, Cu- Ni. 
- Được sử dụng ở những tiếp điểm có công suất lớn, áp suất tiếp xúc lớn và có 
độ cứng cao. 
2.8. LƯỠNG KIM LOẠI 
2.8.1. Khái niệm 
Nguời ta gọi những sản phẩm dùng vật liệu lưỡng kim loại là những sản phẩm 
kỹ thuật được chế tạo bằng nhiều cách để tạo thành một khối liên hệ chặt của hai 
kim loại. 
2.8.2. Dây dẫn và thanh góp bằng lưỡng kim- Thép - Đồng 
Quanh hệ giữa điện trở ở dòng điện xoay chiều với tần số f =5000Hz và điện trở 
ở dòng điện một chiều đối với dây dẫn đồng có đường kính 5mm là: 
9,3 
mc
xc
R
R
Dòng điện chạy qua lớp mặt ngoài có chiều dày 0,5-0,6mm, còn trung tâm của 
tiết diện trở thành mất tác dụng việc dẫn điện. Kết quả cho thấy : lõi của dây dẫn 
có thể được làm bằng thép, như vậy sẽ tiết kiệm đồng mà vẫn không hề ảnh 
hưởng đến điện trở ở dòng điện xoay chiều. Điều này sẽ là biện pháp tốt để làm 
tăng sức bền cơ khí của dây dẫn, và lớp đồng ở bên ngoài cũng sẽ là lớp bảo vệ 
rất tốt đối với sự ăn mòn. 
Do vậy, người ta đã thực hiện dây dẫn bằng vật liệu lưỡng kim thép- đồng đối 
với đường dây thông tin liên lạc có đường kính 1- 15mm. Dây dẫn bằng vật liệu 
lưỡng kim loại trong một số trường hợp dùng làm dây dẫn điện trong mạch nhị 
Giáo trình vật liệu điện – lạnh 
Khoa Điện – Trường cao đăng nghề Quảng Bình 42 
thứ ở tần số 50Hz. Và được chế tạo thành các thanh góp trong các trong các 
trang thiết bị dùng để nối. 
2.8.3. Dây dẫn lưỡng kim - Đồng- Nhôm 
Tổ hợp lưỡng kim đồng- nhôm được chế tạo đặc biệt dưới dạng các tấm có một 
mặt hay cả hai mặt và dùng trong các cấu trúc phản chiếu, lò sưởi điện hoặc các 
chi tiết dùng để nối vv 
Các tấm lưỡng kim- đồng – nhôm được dùng làm các con nối dây dẫn điện , con 
nối dây đồng và dây nhôm. Do thuận lợi là có thể dễ ràng hàn dính bằng hợp 
kim dính chặt dựa trên vật liệu cơ bản là thiếc , vật liệu lưỡng kim này có thể 
dùng để chế tạo các chi tiết trong thiết bị thu và phát thanh như làm cuộn dây 
ăngten bộ cảm biến vv 
CÂU HỎI CHƯƠNG 2 
1. Nêu tính chất cơ bản của vật liệu dẫn điện, giải thích cụ thể từng tính chất đó. 
2. Trình bày đặc tính chung, phân loại, tính chất cơ học và các ứng dụng của kim 
loại Đồng, Nhôm, Bạc và Sắt. 
3. Trình bày khái niệm và phân loại vật liệu làm điện trở. 
4. Trình bày khái niệm và phân loại vật liệu làm tiếp điểm.