Chất dẫn điện, chất cách điện là gì? Phân loại và ứng dụng thực tế

Chất dẫn điện, chất cách điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người. Cùng Điện máy XANH tìm hiểu chất dẫn điện, chất cách điện là gì, phân loại và ứng dụng thực tế của các chất này nhé!

1 Chất dẫn điện là gì?

Chất dẫn điện là một đối tượng hoặc loại vật liệu cho phép dòng điện chạy qua theo một hoặc nhiều hướng. Chất dẫn điện cho phép các electron dễ dàng chạy bên trong chúng. Chất dẫn điện có đặc tính này cho phép chuyển đổi nhiệt hoặc ánh sáng từ nguồn này sang nguồn khác.

Chất dẫn điện thường được dùng để chế tạo các vật dẫn điện, các bộ phận dẫn điện trong các dụng cụ điện. Trong tự nhiên chất dẫn điện có thể là chất rắn – kim loại, chất lỏng – kim loại nóng chảy, dung dịch điện phân hoặc chất khí ở điện trường cao.

Kim loại, con người, trái đất và cơ thể động vật đều là chất dẫn điện. Vì vậy, thường xuất hiện một số tình trạng điện giật gây nguy hiểm cho con người do cơ thể người một chất dẫn tốt, cho phép một đường dẫn không có điện trở để dòng điện chạy từ dây đến cơ thể chúng ta.

2 Có mấy loại chất dẫn điện?

Chất dẫn điện thường được chia thành:

• Chất dẫn điện có điện trở suất thấp như Ag, Cu, Al, Sn, Pb,… và một số hợp kim khác. Chất dẫn điện có điện trở suất thấp thường được sử dụng để làm vật liệu dẫn điện.
• Chất dẫn điện có điện trở suất cao như hợp kim Manganin, Constantan, Niken-Crôm, Cacbon. Chất dẫn điện có điện trở suất cao thường được sử dụng để chế tạo các dụng cụ đo điện, các điện trở, biến trở, các dây may so, các thiết bị nung nóng bằng điện.

3 Một số kim loại dẫn điện tốt nhất hiện nay

– Bạc

• Tính chất: Là kim loại mềm, dễ uốn.
• Khả năng dẫn điện: Tốt nhất.
• Kí hiệu hóa học: Ag.
• Công dụng: Bạc có khả năng dẫn điện tốt nhất nhưng có giá thành cao mà nên không được ứng dụng vào ngành công nghiệp điện. Bạc thường được sử dụng để đúc tiền, tráng gương và làm đồ trang sức.

– Đồng

• Tính chất: Là kim loại mềm, dễ uốn và tạo hình.
• Khả năng dẫn điện: Tốt.
• Kí hiệu hóa học: Cu.
• Công dụng: Đồng hiện được sử dụng phổ biến trong chế tạo dây dẫn điện. Đồng còn được sử dụng để sản xuất các đồ gia dụng hoặc mỹ nghệ như: Chảo, tượng đúc, que hàn,… Ngoài ra, một số hợp chất của đồng thường tồn tại ở dạng màu xanh lam, xanh lục nên được dùng làm thuốc nhuộm trong các xí nghiệp vải.

– Vàng

• Tính chất: Dẫn nhiệt và điện tốt, khó bị oxi hóa, tính thẩm mỹ cao.
• Khả năng dẫn điện: Khá.
• Kí hiệu hóa học: Au.
• Công dụng: Vàng được sử dụng để làm đơn vị trao đổi giá trị tiền tệ và trang sức. Tuy nhiên, vàng lại là chất dẫn điện khá tốt vì vậy khi làm việc với điện, bạn cần cởi bỏ trang sức vàng ra khỏi cơ thể để tránh dòng điện nhanh chóng lan nhanh khắp cơ thể gây nguy hiểm, đe dọa đến tính mạng.

– Nhôm

• Tính chất: Dẻo, khó bị oxi hóa, nhiệt độ nóng chảy cao.
• Khả năng dẫn điện: Khá.
• Kí hiệu hóa học: Al.
• Công dụng: Nhôm được sử dụng để chế tạo làm dây dẫn điện trong một số trường hợp. Bên cạnh đó, với đặc tính chịu nhiệt cao, nhôm thường được ứng dụng phổ biến trong các công trình kiến trúc như vách ngăn xây dựng, chế tạo tôn lợp mái nhà, cột, trụ nhà,…

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện

Độ dẫn điện có thể bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố như:

• Hình dạng: Vật liệu dày sẽ dẫn điện tốt hơn vật liệu mỏng có cùng kích thước và chiều dài.
• Kích thước: Với 2 mảnh vật liệu có cùng độ dày, mảnh ngắn sẽ dẫn điện tốt hơn mảnh dài.
• Nhiệt độ: Hầu hết các kim loại là chất dẫn tốt hơn khi dây dẫn ở nhiệt độ chuẩn và kém hiệu quả hơn khi nóng. Một số chất dẫn tốt trở thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ cực thấp.

5Ứng dụng của chất dẫn điện trong thực tế

Chất dẫn điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực tế như:

• Các chất dẫn điện trong bộ tản nhiệt xe hơi để loại bỏ nhiệt ra khỏi động cơ.
• Các tấm sắt được làm bằng thép để hấp thụ nhiệt nhanh chóng.
• Sản xuất động cơ xe bằng sắt để dẫn nhiệt.
• Lưu trữ thực phẩm và sản xuất các dụng cụ nấu ăn bằng nhôm để lưu trữ nhiệt nhanh chóng.
• Dùng thủy ngân trong nhiệt kế để kiểm tra nhiệt độ của cơ thể.
• Dùng đồng, đồng thau, thép và nhôm trong các mạch điện và hệ thống dưới dạng dây.

6 Chất cách điện là gì?

Chất cách điện là một đối tượng hoặc loại vật liệu chống lại hoặc không cho phép dòng điện chạy qua chúng. Chất cách điện có điện trở suất rất lớn (khoảng 106 – 1015 Ωm). Chất cách điện không phép dòng điện đi qua do sự liên kết các nguyên tử trong chất cách điện rất mạnh và bão hòa khiến các electron không có khả năng di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác.

Chất cách điện phần lớn là chất rắn trong tự nhiên. Một số chất cách điện phổ biến nhất hiện nay là thuỷ tinh, nhựa, cao su, sứ, chất dẻo…

Chất cách điện thường được dùng để chế tạo các vật cách điện, các bộ phận cách điện trong các dụng cụ điện giúp ngăn chặn dòng điện, đảm bảo độ an toàn cho người sử dụng.

7 Có mấy loại vật liệu cách điện?

Các loại vật liệu cách điện gồm có:

• Vật liệu cách điện khí: Không khí, khí SF6.
• Cách điện lỏng: Dầu máy biến áp.
• Vật liệu cách điện rắn: Gỗ, nhựa, vỏ bọc dây điện.

Vật liệu cách điện dạng rắn

Vật liệu cách điện dạng rắn có tính chất chung là hằng số điện môi rất cao và chỉ xảy ra hiện tượng phóng điện bề mặt ở các vật liệu dạng rắn.

Vật liệu cách điện dạng rắn thường được chia thành:

• Các loại men, sơn cách điện.
• Các chất dẻo tổng hợp: Cao su, nhựa tổng hợp.
• Chất vô cơ: Xi măng, mica, sợi thuỷ tinh.
• Chất hữu cơ thiên nhiên: Giấy, vải, lụa.

Trong các vật liệu cách điện dạng rắn, mica là chất cách điện tốt nhất nhưng có giá thành khá cao và thường được dùng trong các máy có điện áp cao.

Các vật liệu cách điện có sợi dẫn nhiệt kém, hút ẩm, cách điện kém như giấy, vải, sợi,… thường được dùng phổ biến hơn vì chúng có độ bền cơ học tốt, mềm, rẻ tiền.

Vật liệu cách điện dạng lỏng

Vật liệu cách điện dạng lỏng gồm dầu mỏ, dầu biến thế, dầu cáp đặc, dầu cáp loãng, dầu silicon. Ứng dụng thường gặp là dùng dầu biến thế làm vật liệu cách điện và làm mát máy biến áp.

Khi chế tạo các thiết bị cách điện, các vật liệu cách điện dạng lỏng cần được quan tâm các đặc trưng như điện trở suất, độ thẩm điện môi (hằng số điện môi), tổn hao điện môi, độ bền điện môi (điện áp đánh thủng cách điện).

Vật liệu cách điện dạng khí

Không khí dùng làm cách điện chủ yếu của các đường dây tải điện trên không, cách điện của thiết bị điện làm việc trong không khí hoặc phối hợp với các chất cách điện rắn và lỏng.

Khí Hydro là khí nhẹ có đặc tính truyền dẫn nhiệt tốt, nên thường được dùng để làm mát cho các máy phát nhiệt điện và các máy bù đồng bộ công suất lớn. Khí Hydro sẽ làm giảm tổn thất công suất do ma sát của rôto với chất khí và do quạt gió gây ra.

Khí Nitơ là khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng 78% khí quyển Trái Đất. Khí Nitơ thường được dùng trong sản xuất các linh kiện điện tử như tranzitor, điốt, và mạch tích hợp (IC) hoặc sản xuất thép không gỉ (inox).

Ngày nay còn dùng khí trơ như: Argon, ne-on hơi thủy ngân để làm các dụng cụ điện chân không và bóng đèn.

8 Ứng dụng của chất cách điện trong thực tế

Chất cách điện được sử dụng trong một số ứng dụng thực tế như:

• Cao su được sử dụng để chế tạo lốp xe, dép, quần áo chống cháy,…
• Chất cách điện được sử dụng trong việc làm chai nhựa nhiệt dẻo, trần nhà và tường chống cháy.
• Chất cách điện được sử dụng để tạo thiết bị cách điện trong các bảng mạch, hệ thống điện áp cao và cả trong dây điện và dây cáp.

9 Tổng kết

Chất dẫn điện Chất cách điện Cho phép dòng điện chạy qua nó. Không cho phép dòng điện chạy qua nó. Điện tích tồn tại trên bề mặt dây dẫn. Điện tích không tồn tại. Khi được giữ trong từ trường, chất dẫn điện không lưu trữ năng lượng. Khi được giữ trong từ trường, chất cách điện lưu trữ năng lượng. Độ dẫn nhiệt rất cao. Độ dẫn nhiệt rất thấp. Thường được ứng dụng trong chế tạo thiết bị điện. Thường được ứng dụng trong chế tạo thiết bị cách điện để mang lại an toàn.

Hy vọng với bài viết trên đã cung cấp cho bạn đầy đủ thông tin về chất dẫn điện và chất cách điện. Nếu có thắc mắc gì? Hãy để lại bình luận bên dưới nhé!