1 HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Môn học : VẬT LIỆU ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chương I : VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN I. Nội dung kiến thức tối thiểu sinh viên phải nắm vững: Nhớù và hiểu cấu trúc nguyên tử và mạng tinh thể vật rắn cụ thể là mạng tinh thể kim loại quyết đònh đến các tính chất cơ, điện vật lý, hóa học của vật liệu. Hiểu bản chất dẫn điện của vật liệu, tính chất và quá trình di chuyển của các hạt dẫn dưới tác động của điện trường ngoài. Hiểu và biết vận dụng các tính chất cơ, điện của một số kim lọaivà hợp kim có điện dẫn suất lớn. Hiểu và nhớ các tính chất, đặc điểm, yêu cầu của vật liệu dùng làm điện trở và dùng làm tiếp điểm tiếp xúc, vật liệu ngẫu nhiệt điện dùng trong cảm biến nhiệt. Hiểu tính chất vật liệu siêu dẫn, điều kiện siêu dẫn và ứng dụng của vật liệu siêu dẫn hiện nay. Các công thức cần nhớ và vận dụng đúng: Công thức tính mật độ nguyên tử và mật độ điện tử e -  3 1 a n n số nguyên tử trong 1 ô cơ sở n e = n n  số e - tự do 1 nguyên tử cho ra Công thức tính điện dẫn suất: )/1( 3 2 m Tkm en e      ; )/1( . 2 m Vm en F e      ; )/1( men ee   Công thức quan hệ điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất: aTT e k         2 3   Công thức về sức điện động tiếp xúc B A n n E ln10.87,2 7 0    và   210     EE Công thức tính điện trở : s l R   Công thức tính độ võng của dây căng ngang: K L b   .8 . 2  2 II. Mục tiêu kiểm tra đanh giá và dạng câu hỏi kiểm tra: Mức độ hiểu kiến thức và biết vận dụng để giải quyết các bài toán tình thế có tính chất tổng hợp, phân tích. III. Câu hỏi chương I: PHẦN 1: ( VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN) Câu 1: Bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt, hằng số mạng a = 0,409 nm Hãy tính:  Bán kính nguyên tử của Bạc  Mật độ xêùp chặt mặt (0 0 1) , (0 1 1) và (1 1 1)  Mật độ nguyên tử (1/m 3 ).và mật độ electron tự do (1/m 3 ).  Điện dẫn suất và điện trở suất ở 300 0 K, với =570 A 0 Câu 2: Hãy nêu tên và xếp theo thứ tự 4 kim loại dẫn đầu về độ dẫn điện cùng cho biết các giá trò liên quan:  Điện dẫn suất (10 6 /m) và điện trở suất (10 -6 m) ở 20 0 C  Độ bền kéo đứt (Kg/mm 2 ) và nhiệt độ nóng chảy ( 0 C)  Nhiệt lượng riêng (Kcal/Kg.grd) và trọng lượng riêng (Kg/dm 3 ) Câu 3: Đồng có cấu trúc lập phương diện tâm, có bán kính nguyên tử là 0.128nm Hãy tính:  Hằng số mạng a của đồng  Mật độ khối nguyên tử (1/m 3 ).và mật độ electron tự do(1/m 3 ).  Điện dẫn suất và điện trở suất ở 300 0 K. Biết  = 420 A 0 Câu 4: Dây cáp nhôm lõi thép dẫn dòng đònh múc 300A với mật độ 2A/mm 2 , dài 200m Hãy tính:  Tiết diện, trọng lượng và độ võng của dây. 3  Thay dây nhôm bằng dây cáp đồng với yêu cầu tổn hao không đổi . Tính tiết diện, trọng lượng và độ võng của dây Cho biết: Đồng =8.9 kg/km.mm 2 =18,87/km/mm 2  cp =35kg/mm 2 Nhôm lõi thép =3,55 kg/km.mm 2 =29,00/km/mm 2  cp = 9kg/mm 2 Độ bền kéo của các vật liệu treo khác qui về đường dây  cp =18kg/mm 2 Chương II : VẬT LIỆU BÁN DẪN I. Nội dung kiến thức tối thiểu sinh viên phải nắm vững: Hiểu cấu trúc vùng năng lượng trong vật liệu bán dẫn, cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn quyết đònh đến bản chất dẫn điện của bán dẫn. Hiểu nguyên lý dẫn điện trong vật liệu bán dẫn thuần, bán dẫn tap chất loại N và loại P .Vận dụng tính toán điện dẫn suất và mật độ tap chất pha thêm vào. Hiểu về tiếp xúc P/N . Đặc tính dẫn điện (Volt – Ampe) khi tiếp xúc P/N phân cực thuận hay phân cực ngược. Vận dụng và tính toán với mối tiếp xúc P/N Hiểu biết về hiện tượng phát quang, hấp thụ quang, vùng Zener, điện dung tiếp xúc và vận dụng trong những tính toán cơ bản. Hiểu và vận dụng tính toán theo phương pháp đo hiệu ứng Hall Các công thức cần nhớ và vận dụng đúng: Công thức tính điện dẫn suất:   PNii en   . ; NdN en   ; PaP en                   Tk Wg mm h Tk n PNi 2 exp. 2 2 4 3 ** 2 3 2  Công thức về tiếp xúc P/N: 2 0 . ln , i n NdNa e Tk U  ; d a P N N N d d  ; Tk Ue eII . . 0 . Khi N d << N a   NdNae NaU NdNdNae NaU d N 2 2 0000       2 0000 . 2 2 Nae NdU NaNdNae NdU d P     4   2 0 2 0 2 . 2 d Nde d NdNa NdNae U J       2 1 2 1 00 . .2          J da da J U NN NNe d C  Công thức về hiệu ứng Hall:   . H R  (m 2 /Vs) ; zx y H BJ E R .  (m 3 /As) ; E v    ; x zx x y H E BV E E tg .   Loại N: eN R d H . 1  ; Loại P: eN R a H . 1  ; Công thức về phát xạ và hấp thụ quang:     m eVWgWg chch Wg . 24,1    I. Mục tiêu kiểm tra đánh giá và dạng câu hỏi kiểm tra: Mức độ hiểu kiến thức và biết vận dụng để giải quyết các dạng câu hỏi là các bài toán tình thế có tính chất tổng hợp, phân tích. III. Câu hỏi chương II: PHẦN 2: ( VẬT LIỆU BÁN DẪN) Câu 1: Một thanh Ge loại N có kich thước (632)mm 3 đặt nằm ngang theo chiều dòng điện Ix có Ix = 30mA . Từ trường hướng từ trên xuống thẳng góc với thanh Ge có B = 0,5 Tesla Người ta đo được U H = 15mV và góc  H = 2,1 0 . Hãy tính:  Hằng số Hall R H .Mật độ diện tử tự do  Điện dẫn suất và điện trở suất.Độ linh động điện  N Câu 2: Thanh Silic tinh khiết có chiều dài 6mm, tiết diện (32)mm 2 . Hãy tính:  Điện trở R ở 300 0 K .  Điện trở R ở 500 0 K .  Nếu pha Bo (B) vào thì bán dẫn thuộc loại gì ? Pha với nồng độ bao nhiêu thì điện trở giảm đi 1000 lần. 5 Cho biết: n i = 5,12 .10 15 /m 3 ở 300 0 K ;  N =0,13m 2 /Vs ;  P = 0,05m 2 /Vs; Wg không đổi Wg =1,13eV Câu 3: Thanh Silic tinh khiết có chiều dài 6mm, tiết diện (32)mm 2 . Hãy tính:  Điện trở R ở 300 0 K .  Nếu pha Phospho (P) vào thì bán dẫn thuộc loại gì ? Pha với nồng độ bao nhiêu thì điện trở giảm đi 1000 lần.  Đặt thanh Si vào từ trường thẳng góc với mặt (63) có B = 0,2T và cho dòng điện Ix = 10mA chảy theo chiều dài thanh . Hãy tính giá trò điện áp Hall (U H ) có thể đo được. Cho biết: n i = 5,12 .10 15 /m 3 ở 300 0 K ,  N =0,13m 2 /Vs ,  P = 0,05m 2 /Vs Câu 4: Thanh bán dẫn Silic được tạo thành tiếp giáp P-N . Có Na = 10 26 /m 3 và Nd =10 21 /m 3 ;  = 12,5 ;  0 = 8,86. 10 -12 F/m . Hãy tính:  Điện áp tiếp xúc U 0 ; d N và d P ;  Điện áp phân cực nghòch Uj và điện dung Cj để cho bề dày vùng trống tiếp xúc là 5m Cho biết: n i = 1,4 .10 16 /m 3 ở 300 0 K ,  N =0,13m 2 /Vs ,  P = 0,05m 2 /Vs Câu 5: InP có mức năng lượng vùng cấm Wg = 1.351 eV có thể dò tìm ánh sáng có bước sóng  bao nhiêu? Dùng Al thay thế cho In thì bán dẫn có mức năng lượng vùng cấm là : Wg(Al X In 1-x P) = 1.351 + 2.23x . Phải thay thế tỷ lệ Al bao nhiêu để bước sóng ánh sáng phát xạ cho LED là 650nm Câu 6: Một thanh dẫn Ge có kích thước (10 × 1 × 1)mm 3 với mật độ tap chất loại p N a = 7.10 23 (1/m 3 ). Người ta đặt điện áp 0,01V lên 2 đầu chiều dài thanh và đặt thanh bán dẫn trong từ trường 0,2T theo phương thẳng góc với dòng điện. Hãy tính cường độ dòng điện chảy trong thanh bán dẫn, Hằng số Hall R H ? và điện áp Hall có thể đo được? Biết Ge có:  N =0,38m 2 /Vs ,  P = 0,18m 2 /Vs Câu 7: 6 Một tiếp xúc P/N bằng Ge có điện dẫn suất phía N:  N = 10 4 (1/m) và phía P:  P = 10 2 (1/m) Hãy tính điện áp tiếp xúc U 0 và điện dung riêng C J của tiếp giáp P/N Biết Ge có:  N =0,38m 2 /Vs ,  P = 0,18m 2 /Vs ; n i = 2.5.10 19 (1/m 3 ); kT/e = 0,026V ;  r = 16 Câu 8: Một tiếp giáp P/N bằng Si có mật độ tạp chất Na = 10 24 (1/m 3 ) và Nd = 10 21 (1/m 3 ). Hằng số điện môi tương đối bằng 12. Hãy tính điện áp tiếp xúc U 0 . Điện dung riêng của tiếp giáp. Để bề dày vùng trống bằng 5m Hãy cho biết phải phân cực như thế nào ? với điện áp bao nhiêu? Cho biết với cường đô điện trường 30MV/m thì tiếp giáp bò đánh thủng. Hãy cho biết giới hạn bề dày vùng trống khi phân cực ngược và điện áp ngược đánh thủng. Cho biết: n i = 1,4 .10 16 /m 3 ở 300 0 K ,  N =0,13m 2 /Vs ,  P = 0,05m 2 /Vs Câu 9: Một tiếp giáp P/N bằng Si có mật độ tạp chất phía P là Na = 10 24 (1/m 3 ) và phía N Nd = 10 22 (1/m 3 ). Hằng số điện môi tương đối bằng 12. Hãy tính điện áp tiếp xúc U 0 . Điện dung riêng của tiếp giáp. Hãy tính điện áp phân cực thuận để có dòng thuận 100mA , biết dòng ngược bão hoà là 1 nA. Cho biết: n i = 1,4 .10 16 /m 3 ở 300 0 K ,  N =0,13m 2 /Vs ,  P = 0,05m 2 /Vs ; kT/e = 0,026V Chương III : VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN I. Nội dung kiến thức tối thiểu sinh viên phải nắm vững: Hiểu đặc điểm, bản chất của sự phân cực điện môi; biết phân biệt bản chất sự phân cực và sự dẫn điện. Sử dụng được các phương pháp và công thức tính hệ số điện môi hợp chất. Hiểu được sự phân bố điện trường trong điện môi không đồng nhất với các dạng điện môi hình khối và điện môi hình trụ nhiều lớp. Hiểu được nguyên nhân và cách tính toán tổn hao trong các loại điện môi. 7 Hiểu được hiện tượng, nguyên nhân và bản chất sự phá huỷ các loại điện môi. Các tính chất phá huỷ điện môi khí, điện môi lỏng và điện môi rắn. Phân biệt sự khác nhau bản chất của phá huỷ điện và phá huỷ nhiệt điện cùng ý nghóa của độ bền điện cũng như các yếu tố vật liệu cũng như công nghệ sản xuất ảnh hưởng đến độ bền điện của vật liệu điện môi. Hiểu được đặc tính và ý nghóa các tham số cơ bản của vài vật liệu cách điện chủ yếu thường dùng, biết cách tham khảo và tra cứu khi cần thiết. Một số vật liệu có tính chất bức xạ, cảm ứng điện trường đặc biệt thường dùng làm cảm biến trong đo lường và điều khiển tự động. Các công thức cần nhớ và vận dụng đúng: Điện môi ghép song song :    n i ii y 1 # .  với :    n i i i i S S y 1 Điện môi ghép nối tiếp :    n i i i Y 1 # 1  với :    n i i i i h h Y 1 Điện trường trong điện môi không đồng nhất : D =  1  0 E 1 =  2  0 E 2 Với điện môi phẳng song song nhiều lớp :    n i i i I I h U E 1   Với điện môi song song trụ nhiều lớp : Điện trường tại khoảng cách X so với tâm trụ:     n i i i i I X R R X U E 1 1 ln 1 .   Với R 1 < X < R n ; và  I : Hệ số điện môi của lớp chứa X Tính tổn hao: P = .  r .  0 .U 2 .tg Suất tổn hao:  tgfE V P P d 10 . 18 1 2 9  Công thức chuyển đổi sơ đồ thay thế tương đương :    2 1. tgCC PS  ;  2 1 tg R R P S   Phá hủy nhiệt điện : Công suất phát nhiệt:   h eStgfU P tot a . 10 . 18 9 2     8 Công suất toả nhiệt :   totSP T  0 2  Điện áp phá hủy điện môi rắn :   tgf h KU CT .  Trong đó: K= 1,15.10 5 II. Mục tiêu kiểm tra đánh giá và dạng câu hỏi kiểm tra: Mức độ hiểu kiến thức và biết vận dụng để giải quyết các dạng câu hỏi là các bài toán tình thế có tính chất tổng hợp, phân tích. III. Câu hỏi chương III: PHẦN 3: ( VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN) Câu 1: Phân cực điện môi là gì. Hãy nêu các đặc điểm bản chất khác nhau giữa sự phân cực và sự dẫn điện trong điện môi. Tính tổn hao trung bình trong 1 đơn vò thể tích (W/cm 3 ) của dầu biến thế khi đặt trong điện trường E = 40 KV/cm ; f= 50 Hz ;  = 2,2 ; hệ số tổn hao tg = 0,017. Câu 2: Hãy phân biệt đặc điểm của sự phá huỷ điện và phá huỷ nhiệt điện đối với điện môi rắn. Tính tổn hao tụ sứ có m =2 KV, C= 20F, tg = 5.10 -4 , f = 50 Hz Câu 3: Tụ sứ có điện cực phẳng hình vuông cạnh 100mm, bề dày 2mm ; =6; điện trở suất  = 10 16 m, tg = 2.10 –3  Hãy tính tổn hao khi đặt diện áp DC 1KV.  Hãy tính tổn hao khi đặt diện áp AC 1KV, Tần số 50 HZ  Khi có khe hở không khí giữa điện môi và điện cực rộng 0,1mm . Tính điện áp làm việc của tụ, Biết: Ecp của sứ là 630 KV/cm, của không khí là 21KV/cm Câu 4: Tổn hao điện môi là gì ? 9 Một tụ sứ đặt dưới điện áp 3KV có điện dung 6F, tần số 50Hz hệ số tổn hao tg  = 0.0005 Tính tổn hao của tụ sứ trên. Sứ có bề dày a = 4mm ,  = 6 giữa điện cực và điện môi tồn tại khe hở không khí 0,1 mm . Tính điện áp làm việc của tụ mà không gây ra bất kỳ sự phóng điện nào. Biết với không khí E b = 21 KV/cm, với sứ E b = 600 KV/cm. Câu 5: Một tụ điện phẳng cách điện bằng giấy, diện tích điện cực A = (100100)mm 2 ; cách điện có các thông số sau đây: bề dày a = 2mm ; ε = 8 ; p v = 10 10 Ωm ; tgδ = 0,01. Hãy tính tổn hao điện môi khi điện áp đặt lên tụ là:  Điện áp một chiều U = 1kV;  Điện áp xoay chiều U = 1kV, tần số f = 50kz.  Hãy tính ø tổn hao điện môi trung bình trên 1m 3 điện môi (Bỏ qua dòng điện bề mặt, cách điện dôi ra ngoài bề mặt điện cực để ngăn cản sự rò điện trên bề mặt) Câu 6: Hãy tính bề dày của cách điện một lớp của dây cáp với bán kính của lõi r 0 = 12,2mm, điện áp 220kV, độ bền điện của cách điện E đ = 12,5MV/m. Câu 7: Hãy tính bề dày của cách điện của dây cáp 220kV, gồm 2 lớp: lớp trong có bán kính trong r 0 = 12,2mm; ε 1 = 4,3; E đ1 = 9,2MV/m; lớp ngoài : ε 2 = 3,5, E đ2 =8,6MV/m. Câu 8: Hãy tính giá trò tgδ của dầu biến thế ở tần số 50hz và 5khz, cho biết: 2,2;10 13   m v Chương IV : VẬT LIỆU TỪ I. Nội dung kiến thức tối thiểu sinh viên phải nắm vững: 10 Hiểu được nguồn gốc từ tính trong vật liệu. Phân biệt các khái niệm về Moment từ, Doment từ, Độ từ hoá của vật liệu. Sự phân cực từ tự phát và quá trình từ hoá dưới tác động của từ trường ngoài. Hiểu được đường cong từ hoá và các chu trình từ trễ, phân biệt vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm. Biết tính tổn hao do từ trễ và tổn hao dòng xoáy, sử dụng sơ đồ thay thế mạch từ. Hiểu các loại vật liệu từ, biết cách sử dụng và phạm vi sử dụng của các loại vật liệu từ. Các công thức cần nhớ và vận dụng đúng: Tổn hao từ trễ: VBfP n MAXH   Tổn hao dòng xoáy : VBfP MAXF 22   Tính tổn hao theo mạch thay thế tương đương : P = I 2 .L..tg m Công thức tính tổn hao chuyển đổi từ suất tổn hao chuẩn : Đối với dòng xoáy : M Bf Bf pP f B FF           2 00 . . 0 0 Đối với từ trễ : M B B f f pP f B HH                   2 00 0 0 II. Mục tiêu kiểm tra đánh giá và dạng câu hỏi kiểm tra: Mức độ hiểu kiến thức và biết vận dụng để giải quyết các dạng câu hỏi là các bài toán tình thế có tính chất tổng hợp, phân tích. III. Câu hỏi chương IV: PHẦN 3: ( VẬT LIỆU TỪ) Câu 1: Hãy cho biết nguồn gốc từ tính của vật liệu ? Người ta phân loại vật liệu từ dựa vào yếu tố nào ? Công dụng? . 1 HƯỚNG DẪN ÔN TẬP Môn học : VẬT LIỆU ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chương I : VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN I. Nội dung kiến thức tối thiểu sinh viên phải. năng lượng trong vật liệu bán dẫn, cấu trúc mạng tinh thể bán dẫn quyết đònh đến bản chất dẫn điện của bán dẫn. Hiểu nguyên lý dẫn điện trong vật liệu bán dẫn thuần, bán dẫn tap chất loại N. vật liệu dùng làm điện trở và dùng làm tiếp điểm tiếp xúc, vật liệu ngẫu nhiệt điện dùng trong cảm biến nhiệt. Hiểu tính chất vật liệu siêu dẫn, điều kiện siêu dẫn và ứng dụng của vật liệu