LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU một số THIẾT bị THÔNG DỤNG TRONG đời SỐNG THUỘC LĨNH vực KIẾN THỨC PHẦN điện học

để giải thích các phản ứng lý – hoá tạo ra dòng điện trong chiếc “máy” của ông: ở hai cực của pin, trong dung dịch điện phân nước muối sẽ diễn ra hai “nửa-phản ứng”, oxy hoá ở cực dương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

GV hướng dẫn: Sinh viên:

Lớp: SP Vật lý 02 - K34 MSSV: 1080256

Cần Thơ, 2012

Bốn năm Đại học là quãng thời gian khá ngắn trên con đường tìm đến tri thức khoa học Cũng trong khoảng thời gian đó, các thầy cô đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức của mình cho không chỉ riêng em mà còn nhiều sinh viên khác nữa Kiến thức mà các thầy cô truyền đạt không chỉ trong chuyên ngành Vật

lý mà còn là những kỹ năng sống giúp chúng em vững bước sau này Để có thể hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp thì việc vận dụng những kiến thức ấy càng làm cho em nhớ đến công ơn của các thầy cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lời chúc sức khỏe đến toàn thể quý thầy cô vì quý thầy cô đã cho em một hành trang quý giá để hoàn thành tốt đề tài và phục vụ cho công việc sau này

Để giúp cho em thực hiện được đề tài này, thầy Dương Quốc Chánh Tín đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉnh sửa cũng như góp ý, giúp em có hướng đi đúng và thực hiện xong đề tài của mình một cách nhanh chóng Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến với thầy, bởi qua sự hướng dẫn nhiệt tình chu đáo, em không chỉ học hỏi thêm được những kiến thức quan trọng, mà còn học được trình tự thực hiện một đề tài cũng như tác phong làm việc của một người nghiên cứu khoa học

Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn những tác giả của các tài liệu đã cung cấp những thông tin chính xác giúp em hoàn thành tốt luận văn

Gia đình, bạn bè là những người luôn động viên, khích lệ em về mặt tinh thần Em xin gửi lời cảm ơn đến mọi người

Đề tài tuy được chuẩn bị và thực hiện một cách chu đáo, nghiêm túc nhưng vẫn không thể tránh khỏi những thiếu sót Một phần do hạn chế về mặt thời gian, một phần do hạn chế trong kinh nghiệm và kiến thức Em mong sẽ nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn để có thể tìm cách khắc phục kịp thời

Một lần nữa xin gửi lời cảm ơn và lời chúc sức khỏe đến tất cả mọi người Xin chân thành cảm ơn

Người thực hiện đề tài Thạch Trung

3 Mục tiêu của đề tài

4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu đề tài

5 Giới hạn của đề tài

6 Các bước thực hiện đề tài

Chương 5 Quạt điện và máy phát điện

Chương 6 Cassette và đầu đĩa

Chương 7 Điện thoại di động

Chương 8 Nồi cơm điện và bóng đèn

Phần 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Lời cảm ơn

Nhận xét của giáo viên

Tóm tắt luận văn

Mục lục

Danh sách các chữ viết tắt

Trang Phần 1 MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Mục tiêu của đề tài 1

4 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu đề tài 2

5 Giới hạn của đề tài 2

6 Các bước thực hiện đề tài 2

Phần 2 NỘI DUNG Chương 1 PIN VÀ ĂCQUY 1.1 Tìm hiểu về Pin 3

1.1.1 Nguồn gốc 3

1.1.2 Một số khái niệm cơ bản 4

1.1.3 Các loại pin thường gặp 4

1.1.3.1 Pin Vôn-ta 4

1.1.3.2 Pin Lơ-clan-xê 6

1.1.3.3 Pin kiềm mangan 7

1.1.3.4 Pin kiềm thủy ngân 8

1.1.3.5 Pin liti 8

1.2 Tìm hiểu về Ắc quy 9

1.2.1 Các đặc tính của bình Ắc quy 9

1.2.2 Các loại Ắc quy thường gặp……… 10

1.2.2.1 Ăc quy chì……… 10

1.2.2.2 Ắc quy nikel (acquy kền)……… 12

1.2.3 Ứng dụng của Ắc quy……….12

Chương 2 LÒ VI SÓNG VÀ BẾP ĐIỆN TỪ 2.1 Tìm hiểu về Lò vi sóng 14

2.1.1 Các khái niệm cơ bản 14

2.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 16

2.1.3 Phân loại 17

2.1.4 Ưu điểm và nhược điểm 18

2.1.5 Các lưu ý khi sử dụng 19

2.2.1 Một số khái niệm cơ bản 19

2.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 20

2.2.3 Phân loại 22

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm 22

2.2.5 Một số lưu ý khi sử dụng 24

Chương 3 NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN 3.1 Các khái niệm cơ bản 25

3.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 26

3.3 Ứng dụng 27

3.4 Ưu điểm và nhược điểm 27

Chương 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TẮT MỞ ĐÈN TỰ ĐỘNG 4.1 Các khái niệm cơ bản 28

4.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 33

4.3 Phân loại 34

4.4 Ưu điểm và nhược điểm 35

4.5 Một số điều cần lưu ý khi sử dụng 35

Chương 5 QUẠT ĐIỆN VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN 5.1 Tìm hiểu về quạt điện 36

5.1.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 36

5.1.2 Phân loại 40

5.1.3 Một số lưu ý khi sử dụng 40

5.2 Tìm hiểu về máy phát điện 40

5.2.1 Một số khái niệm cơ bản 41

5.2.2 Phân loại 41

5.2.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 42

5.2.4 Ưu điểm và nhược điểm 45

5.2.5 Một số lưu ý khi sử dụng 46

Chương 6 CASSETTE VÀ ĐẦU ĐĨA 6.1 Tìm hiểu về Cassette 47

6.1.1 Các khái niệm cơ bản 47

6.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 49

6.1.3 Ưu điểm và nhược điểm 52

6.1.4 Một số lưu ý khi sử dụng 53

6.2 Tìm hiểu về đầu đĩa 53

6.2.1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 53

6.2.2 Ưu điểm và nhược điểm 61

6.2.3 Một số lưu ý khi sử dụng 61

7.1 Một số khái niệm cơ bản về điện thoại di động 62

7.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 62

7.2.1.Cấu tạo 62

7.2.2.Nguyên tắc hoạt động 64

7.3 Phân loại 70

7.4 Ưu điểm và nhược điểm 71

7.5 Một số lưu ý khi sử dụng 71

Chương 8 NỒI CƠM ĐIỆN VÀ BÓNG ĐÈN 8.1 Tìm hiểu về Nồi cơm điện 73

8.1.1 Các khái niệm cơ bản 73

8.1.2 Phân loại 74

8.1.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 74

8.1.4 Ưu điểm và nhược điểm 76

8.1.5 Các lưu ý khi sử dụng 76

8.2 Tìm hiểu về Bóng đèn 77

8.2.1 Một số khái niệm cơ bản 77

8.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động 78

8.2.3 Phân loại 82

8.2.4 Ưu điểm và nhược điểm 82

8.2.5 Một số lưu ý khi sử dụng 84

Phần 3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1 Kết luận 85

2 Kiến nghị 85

3 Những dự định trong tương lai 85

Tài liệu tham khảo 87

1 CPU : Center Processor Unit (Đơn vị xử lý trung tâm)

2 LCD: Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng)

3 EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Bộ nhớ lập trình và xóa được bằng điện)

4 IMEI: International Mobile Equipment Identity (Mã số nhận dạng tiêu chuẩn Quốc tế)

5 GND: Ground (chỉ điểm nối đất)

6 CLK: Clock (Xung đồng hồ, xung nhịp)

7 IC: International Circuit (Mạch tổ hợp)

8 PDA: Personal Digital Assistant (Thiết bị trợ giúp số cá nhân)

9 SIM: Subriber Identijication Module (Nhận dạng hòa mạng)

10 GMC: Global Sytem for Mobile Communication (Hệ thống giao tiếp toàn cầu của ĐTDĐ)

11 RAM: Random Access Memory (Một loại bộ nhớ chính của máy tính)

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lý là một trong những ngành khoa học có khả năng ứng dụng cao Trong cuộc sống hàng ngày, ta luôn gặp những hiện tượng, những lĩnh vực Vật lý ở nhiều góc độ khác nhau Ví dụ ta đang sống trong một hệ quy chiếu Vật lý 4 chiều, ta đứng được trên mặt đất là nhờ lực hấp dẫn của Trái Đất và lực ma sát giữa chân ta với mặt đất, khi ta sử dụng quạt gió là có dòng điện Phu-cô v.v Sống trong một môi trường đầy “Vật lý” mà ta không biết nguyên nhân các hiện tượng và giải thích bản chất các hiện tượng thì đó cũng là một điều thiếu sót Đặc biệt, đối với một sinh viên ngành Sư phạm Vật lý thì nhu cầu đó là hết sức cần thiết

Ca dao tục ngữ ta có câu “Học phải đi đôi với hành” Hầu hết lượng kiến thức mà giảng viên truyền đạt trên lớp đều thuộc phần lý thuyết Do đó, việc vận dụng lý thuyết vào thực tế rất được coi trọng Thứ nhất, nó chứng minh được mức

độ thông hiểu và rèn luyện kỹ năng của người học Thứ hai, khi kết hợp được lý thuyết và thực tiễn đôi khi đem lại những sản phẩm và phát minh mới

Hiện nay, khi trình độ khoa học phát triển vượt bậc thì có càng nhiều sản phẩm và thiết bị mới được ra đời Trong khi nhu cầu tìm hiểu của con người là vô hạn, không chỉ đối với người trong chuyên ngành mà những người sử dụng sản phẩm họ cũng có nhu cầu tìm hiểu Công trình nghiên cứu và tìm hiểu của những người đi trước là khá nhiều nhưng lại ít tập trung vào giải thích chi tiết, hoặc có giải thích nhưng còn rời rạc, làm cho người đọc khó hiểu được vấn đề Nếu nắm được những thông tin về một thiết bị, người sử dụng sẽ mạnh dạn hơn trong việc tiếp cận với nó và yên tâm hơn trong khi sử dụng Một trong những giải pháp cho vấn đề này đó là có một tài liệu tìm hiểu về cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và sử dụng thiết

bị Đó cũng là lý do để em thực hiện đề tài này

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Vận dụng kiến thức đã học vào giải thích nguyên tắc hoạt động của một số thiết bị điện Nâng cao khả năng vận dụng từ lý thuyết sang thực tế Đồng thời, tạo

ra một tài liệu giúp cho người đọc tiếp cận dễ dàng với kiến thức Vật lý

3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài được xây dựng nhằm ba mục tiêu chính sau đây:

o Vận dụng kiến thức được học vào thực tiễn cuộc sống Một phần để nâng cao tính thiết thực của môn học, một phần để kiểm tra lại những kiến thức đã tiếp thu trong quá trình học tập

o Đưa ra sự giải thích ngắn gọn, dễ hiểu giúp người đọc dễ dàng tiếp cận với lĩnh vực Vật lý sơ cấp

cách sử dụng hợp lý nhất nhằm tăng tuổi thọ của thiết bị

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

4.1 Phương pháp thực hiện đề tài

 Đọc các tài liệu có liên quan đến các thiết bị nằm trong đề tài nghiên cứu, phát hiện ra những khái niệm ban đầu cần làm rõ

 Nghiên cứu lý thuyết về các khái niệm, đi sâu vào bản chất Vật lý

 Phân tích các bộ phận của thiết bị, làm rõ chức năng, nhiệm vụ của các

4.2 Phương tiện thực hiện đề tài

 Các tài liệu tham khảo gồm có: các giáo trình chuyên ngành vật lý, điện- điện tử, điện cơ khí

 Các trang web khoa học, bài phát minh về những thiết bị dùng trong sinh hoạt hàng ngày

5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Do giới hạn về mặt thời gian nên đề tài chỉ tìm hiểu chín thiết bị điện được ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày Tuy nhiên, từ những thiết bị này người đọc cũng có thể tự khám phá những thiết bị khác có nguyên tắc hoạt động tương tự Do

đó đề tài mang tính mở rộng cao, hướng người đọc đi tìm cái mới dựa trên nền tảng

những cái đã biết

6 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

Bước 1: Nhận đề tài

Bước 2 Tìm kiếm tài liệu, thông tin trên mạng có liên quan tới đề tài

Bước 3 Đọc và phân tích các thông tin, từ đó viết đề cương

Bước 4 Tiến hành viết đề tài theo đề cương và trao đổi với GVHD

Bước 5 Viết bài luận, chỉnh sửa, hoàn thiện bài viết

Bước 6 Viết báo cáo

Bước 7 Bảo vệ luận văn

PHẦN 2: NỘI DUNG

Chương 1

PIN VÀ ACQUY

Chương này sẽ tìm hiểu những loại pin và acquy được sử dụng phổ biến hiện nay,

từ hình dạng bên ngoài đến nguyên tắc hoạt động, cũng như các thiết bị sử dụng của từng loại pin và acquy Nội dung chương cũng đề cập đến hiện tượng điện phân – nguyên nhân chính tạo nên hoạt động của pin và acquy

Pin/Acquy là một loại thiết bị dùng để lưu trữ năng lượng dưới dạng hoá năng Khi ta

sử dụng, năng lượng này sẽ dần chuyển đổi thành điện năng Hai tên gọi pin và ắc quy được dùng cho mục đích phân biệt 2 loại pin nhỏ và lớn

Những loại pin thông thường, dạng viên cục nhỏ hay lớn cỡ lòng bàn tay thì gọi là pin, chỉ dùng sử dụng cho những vật dụng thông thường trong sinh hoạt gia đình như đèn pin, remote, đồng hồ Còn những bình phát điện thứ cấp dùng phát điện quy mô lớn hơn như cung cấp nguồn điện cho các loại xe, phát điện cho toàn bộ ngôi nhà, v.v thì gọi là ắc quy

Một đặc điểm khác biệt giữa pin và acquy đó là pin không thể phục hồi sau khi đã sử dụng hết năng lượng, còn acquy thì vẫn có thể phục hồi (sạc) để tái sử dụng

1.1 TÌM HIỂU VỀ PIN

1.1.1 Nguồn gốc

Sau nhiều công trình nghiên cứu, nhà Vật lý người Ý Vônta đã phát hiện ra rằng điện được sinh ra do phản ứng hóa học và phản ứng này chỉ có khi hai thứ kim loại khác nhau được tiếp xúc với nhau trong một dung dịch muối

Ông đã tiến hành thí nghiệm bằng cách làm các

miếng tròn bằng đồng và kẽm rồi xếp một miếng đồng cách

một miếng kẽm bằng một miếng giấy xốp tẩm dung dịch

muối ăn Sau đó, ông nối miếng trên cùng và dưới cùng của

chồng các miếng tròn bằng một sợi dây dẫn điện thì phát

hiện có dòng điện chạy qua Đó là chiếc bình phát điện đầu

tiên và có tên gọi là “Pin Vônta”

Để cho ngắn gọn, người ta đã gọi tên theo hình ảnh chiếc máy từ mô tả của ông, gọi

nó là một chồng, tiếng Ý là pila, tiếng Pháp pile được phiên âm ra tiếng Việt: Pin

Lúc này, Vônta cũng không có trong tay lý thuyết về cấu tạo nguyên tử của hoá chất

Hình 1.1 Pin Vônta

để giải thích các phản ứng lý – hoá tạo ra dòng điện trong chiếc “máy” của ông: ở hai cực của pin, trong dung dịch điện phân (nước muối) sẽ diễn ra hai “nửa-phản ứng”, oxy hoá (ở cực dương) và khử (cực âm), tạo ra một trao đổi electron (điện tử), và khi một sợi dây dẫn điện được nối với hai cực của pin, electron chạy vào dây tạo ra dòng điện

1.1.2 Một số khái niệm cơ bản

1.1.2.1.Dòng điện:

Là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng (ví dụ: dòng điện xuất hiện khi có sự dịch chuyển có hướng của các electron tự do trong kim loại, hoặc sự dịch chuyển có hướng của ion dương và ion âm trong dung dịch điện phân) Electron tự do, các ion dương và âm gây nên dòng điện được gọi là các hạt tải điện

1.1.2.2.Hiệu điện thế điện hoá:

Khi một thanh kim loại tiếp xúc (nhúng vào) một chất điện phân (dung dịch muối, axit, bazơ) thì do tác dụng hoá học, trên mặt thanh kim loại và ở dung dịch chất điện phân xuất hiện 2 loại điện tích trái dấu nhau Khi đó, giữa thanh kim loại và dung dịch điện phân

có một hiệu điện thế xác định, được gọi là hiệu điện thế điện hoá

1.1.2.3.Điện cực:

Tuỳ theo từng kim loại nhúng vào chất điện phân mà nó sẽ mang một điện tích xác định Ví dụ: khi nhúng một thanh kẽm và một thanh đồng vào dung dịch H2SO4 loãng thì thanh kẽm sẽ tích điện dương, thanh đồng tích điện âm Khi đó, ta gọi thanh kẽm là điện cực

âm, còn thanh đồng là điện cực dương

1.1.3 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của một số loại Pin thường gặp

1.1.3.1 Pin Vôn ta:

 Cấu tạo

Pin Vônta được coi là nguồn điện hoá học được chế tạo đầu tiên, nó sinh ra dòng điện duy trì khá lâu Cấu tạo gồm một cực bằng kẽm (Zn) và một cực bằng đồng (Cu) nhúng trong dung dịch axit sunfuric (H2SO4) loãng

Nguyên tắc hoạt động

Sự tạo thành suất điện động:

Do tác dụng hóa học, các ion kẽm Zn2+ từ thanh kẽm đi vào dung dịch axit sunfuric làm cho dung dịch tiếp giáp với thanh kẽm tích điện dương Thanh kẽm thừa electron nên

Hình 1.2 Các bộ phân

chính của pin Vônta

tích điện âm Vì thế giữa thanh kẽm và dung dịch có một điện trường hướng từ dung dịch đến thanh kẽm Điện trường này ngăn cản sự dịch chuyển tiếp theo của các ion Zn2+ từ thanh kẽm vào dung dịch, đồng thời tăng cường sự dịch chuyển ngược lại của các ion Zn2+ từ dung dịch vào thanh kẽm

Sự cân bằng điện hóa được thiết lập khi số ion đi ra khỏi thanh kẽm và số ion đi vào thanh kẽm bằng nhau Thí nghiệm chứng tỏ khi đó giữa thanh kẽm và dung dịch có hiệu điện thế điện hóa khoảng U1 = -0,74V

Còn ở phía thanh đồng thì các ion H+ có trong dung dịch tới bám vào cực đồng và thu lấy các electron có trong thanh đồng Do đó, thanh đồng mất bớt electron nên được tích điện dương Khi cân bằng điện hóa được thiết lập, giữa thanh đồng và dung dịch có hiệu điện thế điện hóa khoảng U2 = 0,34V

Kết quả là giữa 2 cực của pin Vônta có hiệu điện thế xác định vào khoảng E = U2 –

U1 = 1,1V Đó chính là suất điện động của pin Vônta

Sự phân cực của pin Chất khử cực:

Khi các ion H+ có trong dung dịch tới bám vào cực đồng, chúng tạo thành lớp bọt khí hiđrô (H) bao bọc xung quanh cực đồng, ngăn cản các ion H+ tiếp theo bám vào cực Do đó, lớp bọt khí này có tác dụng như một lớp điện trở, làm cho điện trở trong của pin tăng lên đáng kể Hiện tượng này được gọi là sự phân cực của pin

Chất khử cực là một chất oxi hoá mạnh, khử được ion hiđrô bám vào điện cực của pin, giúp cho pin tránh được hiện tượng phân cực

Ứng dụng:

Vì dòng điện mà pin Vônta tạo ra rất nhỏ nên người ta chỉ tạo

nên những ứng dụng dựa trên nguyên tắc hoạt động của nó

Nguyên lý hoạt động của pin Vônta được ứng dụng trong công

nghệ mạ điện (là quá trình điện hoá phủ lớp kim loại lên một vật)

Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt,

kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch

CuSO4 → Cu2+ + SO42-

Cu2+ + 2e- → Cu

Hình 1.3 Mạ đồng

Kim loại mạ thường là vàng, bạc, đồng, niken… và được dùng trong việc sản xuất đồ trang sức, linh kiện điện tử, đồ gia dụng không gỉ

1.1.3.2 Pin Lơ-clan-xê:

 Cấu tạo

Pin Lơ-clan-xê thuộc loại pin muối hay còn gọi là pin axit, là loại pin rất cổ điển và cũng rất thông dụng Cấu tạo của pin Lơ-clan-xê gồm:

 Điện cực âm bằng kẽm, nó hợp thành vỏ ngoài

 Chất điện phân là dung dịch amoni-clorua

 Chất khử cực là mangan-dioxid

 Điện cực dương bằng than

Pin clan-xê là loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Ở Việt Nam, pin clan-xê được sản xuất dưới nhãn hiệu pin con Thỏ (Văn Điển, Hà Nội), pin con Ó Điện áp của pin khô vào khoảng 1,5V

Lơ- Nguyên tắc hoạt động của pin Lơ-clan-xê:

Hoá học cho ta các phương trình phản ứng sau:

Do sự phát triển của vật liệu, pin clan-xê được cải tiến thành loại pin kiềm với hiệu suất cao hơn Cấu tạo của pin kiềm bao gồm:

Lơ- Điện cực âm bằng kẽm và nó tạo nên lớp vỏ ngoài

 Chất điện phân là dung dịch kali hidroxit (KOH, là dung dịch kiềm mạnh), điều đó giải thích tên gọi của pin

 Ứng dụng:

Pin kiềm mangan được sử dụng trong đồ chơi điện tử, đèn pin, radio,…

1.1.3.4 Pin kiềm thủy ngân

 Cấu tạo

Hình dáng và kích cỡ tương tự như pin kiềm mangan

Pin thuỷ ngân có dung lượng điện năng cao hơn các pin nêu trên; song giá thành của nó cũng khá đắt tiền Pin thuỷ ngân có cấu tạo gồm:

 Điện cực âm cơ bản bằng kẽm

 Chất điện phân cơ bản là kiềm (KOH-kali hidroxit) và Zincat kiềm(ZnOK2)

 Điện cực dương là oxit thuỷ ngân (HgO) và cacbon ở dạng kem nhão

Toàn bộ được bọc kín trong một hộp bé hình trụ với nắp có gioăng kín

Hình 1.6 Một số ứng dụng

của pin Lơ-clan-xê

Hình 1.7 Pin kiềm mangan

Nguyên tắc hoạt động của pin kiềm thuỷ ngân:

Các phản ứng tại điện cực:

(-) : Zn(Hg) + 2OH-  ZnO + H2O +2e

(+): HgO + H2O + 2e Hg +2OH-

Zn + HgO + H2O + 2OH-  Hg + [Zn(OH)4] 2

-Sản phẩm tạp thành sau phản ứng tích tụ dần quanh cực dương và làm pin mất dần khả năng hoạt động

Pin thuỷ ngân có điện áp bằng 1.35 (V)

Một số đối tượng ứng dụng của pin lithium: laptop, điện thoại di động…

Hình 1.8 Một số dụng cụ ứng

dụng của pin kiềm thủy ngân

Hình 1.9 Một số dụng cụ ứng dụng của pin lithium

1.2 TÌM HIỂU VỀ ACQUY

Acquy là một nguồn điện có thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dụa trên phản ứng hoá học thuận nghịch: tích trữ điện năng dưới dạng hoá năng (lúc nạp điện) và giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng (phát điện)

1.2.1.2.Dung lượng:

Là lượng điện năng mà một acquy có thể phục hồi trở lại sau khi đã phóng điện trong

1 giờ, 5 giờ hay 20 giờ Dung lượng được tính bằng bằng Ampe.giờ (A.h) Một bình acquy

có dung lượng là 40A.h có nghĩa là nó có khả năng phóng hay xuất ra dòng điện 2 ampe trong thời gian 20 giờ

1.2.1.3.Điện trở trong của acquy:

Là trị số điện trở bên trong, bao gồm điện trở các bản cực, điện trở dung dịch điện phân có xét đến sự ngăn cách của các tấm ngăn giữa các cực Thông thường trị số này là 0.001 – 0.0015 khi acquy được nạp đầy, và khi acquy phóng điện hoàn toàn là 0.02 – 0.025

1.2.1.4.Năng lượng - khối:

Là số lượng oát-giờ (Wh) đối với mỗi kilogam khối mà một acquy có thể tích lũy được Một acquy có dung lượng 40Ah – 12V có thể tích lũy năng lượng 40.12 = 480Wh Nếu nó cân nặng 18kg thì nó sẽ có một năng lượng khối là 480/18 = 26,6 Wh/kg

1.2.1.5.Số lượng chu kì: là số lần nạp điện (hoặc phóng điện) có thể đạt được của

aquy Thông thường là 500 - 1500 lần đối với acquy chì và 2000 - 4000 lần đối với acquy nickel

Các bản cực dương và âm được bố trí xen kẽ nhau và giữa chúng có các vách ngăn Các vách ngăn có dạng tấm mỏng, có tính thẩm thấu cao và không được dẫn điện Một ắc quy thường có nhiều ngăn (hộc) nối tiếp nhau, tuỳ theo điện thế cần cung cấp ắc quy sẽ có số ngăn khác nhau Mỗi ngăn của ắc quy chỉ có thể sinh ra điện áp 2.1 ~ 2.2V, như vậy nếu điện

áp ắc quy là 6V thì có 3 ngăn; nếu điện áp khoảng 12V thì phải có 6 ngăn

 Nguyên tắc hoạt động của acquy chì:

o Quá trình phóng điện:

Khi nối hai đầu cực của acquy với tải thì một mạch kín được hình thành Kết quả tác dụng hoá học giữa các điện cực với dung dịch điện phân làm xuất hiện chì sunfat (PbSO4) ở xung quanh các điện cực, làm cho các điện cực dần dần giống nhau về bản chất

Đối với dung dịch chất điện phân: axit sunfuric bị phân ly thành ion H+ và ion SO4-; đồng thời quá trình cũng tạo ra nước trong dung dịch, do đó nồng độ dung dịch giảm dần

Hình 1.10 Các bộ phận trong bình ắc quy

Hình 1.11

Quá trình phóng điện của ắc quy

o Quá trình nạp:

Khi nối nguồn điện một chiều vào hai đầu cực của acquy, do quá trình điện phân và phân ly

mà ở cực dương xuất hiện chì điôxit (PbO2) và ở cực âm xuất hiện chì (Pb), như vậy, ở hai bản cực

đã có sự khác nhau về cực tính

Acquy được coi là đã nạp đầy khi quan sát thấy dung dịch sủi bọt đều (còn gọi là hiện tượng sôi)

Chiều của dòng điện: cực dương  dd điện phân  cực âm

1.2.2.2 Ắc quy nikel (acquy kền)

 Mô tả:

Cũng là loại acquy được sử dụng phổ biến, acquy kiềm thường gồm hai loại: acquy sắt – niken và acquy cađimi–niken Trong acquy cađimi–niken, cực dương được làm bằng kền hiđrôxit Ni(OH)2, còn cực âm được làm bằng cađimi hiđrôxit Cd(OH)2; các cực này được ngâm trong dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH

Acquy kiềm có suất điện động và hiệu suất nhỏ hơn so với acquy axit (suất điện động

là 1.25V), nhưng nhẹ hơn, thời gian sử dụng lâu hơn và đặc biệt là chịu được dòng điện có cường độ lớn (ví dụ như khi khởi động xe máy, ô tô )

 Nguyên tắc hoạt động của acquy nickel:

Dựa trên hiện tượng điện phân, tương tự như nguyên tắc hoạt động của acquy chì

Hình 1.13 Một số ứng dụng của ắc quy

Chương 2

LÒ VI SÓNG VÀ BẾP ĐIỆN TỪ

Lò vi sóng và bếp điện từ là hai thiết bị được dùng trong việc nấu nướng đã được phát minh từ lâu nhưng vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay vì những ưu điểm độc đáo của nó Nhu cầu của con người ngày càng cao, theo đó, khoa học không ngừng phát triển với mục tiêu tạo ra những đồ dùng thiết thực, ích lợi cho con người Lò vi sóng và bếp điện từ là hai trong số vô vàn những thiết bị được sáng tạo ra nhằm mục tiêu như vậy

Lò vi sóng (còn được gọi là lò vi ba) là một thiết bị ứng dụng sóng vi ba để nấu chín thức ăn Ngày 08/10/1945, nam tước Spencer, một kỹ sư vật lý hãng Raytheon – một trong những hãng chế tạo rađa lớn nhất thế giới đã đưa ra mẫu lò vi ba đầu tiên Mẫu này có công suất 1600 Oát, nặng, cồng kềnh và đắt tiền, ban đầu dùng cho bệnh viện và quân đội Đến năm 1967, các lò vi sóng được đưa ra thị trường Ngày nay, việc nấu thực phẩm bằng lò này

đã trở thành một nhu cầu hàng ngày vì tiện lợi, mau chóng lại tốn ít nhiên liệu

Hình 2.1 Một số loại lò vi ba

Hình 2.2 Bếp từ

Bếp điện từ là một dụng cụ giúp việc nấu nướng được sạch sẽ, không khói, tránh gây cháy và nấu chín thức ăn rất nhanh so với các loại bếp khác

Năm 1830, Farađay khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ nhưng đến 150 năm sau con người mới có ý tưởng ứng dụng hiện tượng trên vào việc nấu ăn Năm 1976, các kỹ sư đưa ra mẫu thiết kế đầu tiên nhưng do đồ điện tử lúc bấy giờ đắt nên đến 1991, chiếc bếp điện từ mới đến tay người tiêu dùng

2.1.TÌM HIỂU VỀ LÒ VI SÓNG

2.1.1 Một số khái niệm cơ bản

2.1.1.1 Sóng điện từ

Các giả thuyết của Măcxoen

+ Giả thuyết 1: Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một điện trường xoáy Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ (H.2.3)

+ Giả thuyết 2: Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một từ trường xoáy Từ trường xoáy là từ trường có các đường cảm ứng từ bao quanh các đường đường sức của điện trường

Từ giả thuyết của Măcxoen dẫn đến kết luận không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau Điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại, từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên

Điện trường và từ trường biến thiên là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất được gọi là điện từ trường

Hình 2.4 James Clerk Maxwell

(1831 - 1879), nhà vật lí người Anh

Hình 2.5 Từ trường xoáy Hình 2.3 Điện trường xoáy

Sự hình thành sóng điện từ:

Khi một điện tích điểm dao động điều hoà với tần số f thì sự chuyển động của điện tích này sinh ra một điện trường biến thiên và từ trường biến thiên trong khoảng không gian xung quanh điện tích với tần số f

Theo giả thuyết của Măcxoen, xung quanh từ trường biến thiên sinh ra điện trường biến thiên và ngược lại, từ trường biến thiên sẽ sinh ra điện trường biến thiên Quá trình này

cứ tiếp tục mãi tạo thành điện từ trường Điện từ trường này lan truyền đi xa dưới dạng sóng được gọi là sóng điện từ

Một số tính chất của sóng điện từ:

- Sóng điện từ là sóng ngang Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất và cả trong chân không Vận tốc truyền sóng điện từ rong chân không bằng vận tốc ánh sáng (3.108 m/s)

- Sóng điện từ có tính chất giống sóng cơ học: có thể phản xạ được trên các mặt kim loại, có thể khúc xạ và giao thoa được với nhau

- Sóng điện từ có mang năng lượng, năng lượng này tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số

2.1.1.2 Bức xạ điện từ

Bức xạ điện từ (hay bức xạ vi ba) là một loại sóng điện từ có tần số cỡ 2500 MHz (tương ứng với bước sóng khoảng trên 10cm), với bước sóng như vậy, bức xạ điện từ được xếp vào loại sóng cực ngắn Sóng có bước sóng càng ngắn thì năng lượng phát ra càng cao

Hình 2.6 Sự lan truyền sóng điện từ

2.1.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.1.2.1 Cấu tạo

Lò vi sóng gồm các bộ phận chính:

Chú thích:

1 Dây điện nguồn: dùng để nối với nguồn điện cung cấp từ bên ngoài

2 Bộ biến tần: thay đổi tần số dòng điện cung cấp cho phù hợp với lò

3 Bộ lọc

4 Ngăn nấu: là khoảng không gian rộng bên trong lò để chứa thực phẩm

5 Đèn phát sóng (Magnetron): tạo ra sóng vi ba có tần số 915MHz hoặc 2450 MHz

6 Ống dẫn sóng: là ống kim loại hình chữ nhật dùng để truyền dẫn vi sóng

7 Bộ đảo sóng: có chức năng phát tán sóng ra mọi phía trong ngăn nấu

8 Dĩa để thực phẩm

2.1.2.2 Nguyên tắc hoạt động

Sóng vi ba được sinh ra từ nguồn magnetron, sóng vừa mới sinh ra được dẫn theo ống dẫn sóng đến bộ đảo sóng, tại đây vi sóng được phát tán ra mọi phía vào ngăn nấu

Do các bức tường của ngăn nấu làm bằng kim loại nên sóng vi ba phát xạ ra có thể phản xạ qua lại và bị hấp thụ bởi các vật cản trên đường truyền sóng, mức độ phản xạ và hấp thụ phụ thuộc vào chất liệu của vật Các vật chứa nước có khả năng hấp thụ vi sóng mạnh nhất, còn thuỷ tinh, chất dẻo hầu như hấp thụ rất ít sóng này

Quá trình nung nóng thức ăn:

Quá trình nung nóng thức ăn chia làm 2 giai đoạn: nước trong thức ăn được hâm nóng bằng các sóng cực ngắn và nước nóng sẽ truyền nhiệt cho các phần tử khác của thức ăn

Các phân tử nước được cấu tạo bởi 2 nguyên tử Hyđro và một nguyên tử Oxy Do hai nguyên tử Hyđro tạo cực dương, còn nguyên tử Oxy mang điện âm nên phân tử nước bị phân cực

Trong phân tử nước, nguyên tử Oxy có khuynh hướng kéo các electron về phía nó (do Oxy có 6 điện tử ở lớp ngoài cùng nên nó có khuynh hướng nhận thêm 2 điện tử để đạt cấu hình bền vững) Kết quả là một đầu của nguyên tử Hyđro bị mất bớt tính âm điện nên nó mang điện tích dương, còn nguyên tử Oxy thì mang điện tích âm Nghĩa là trong phân tử nước có hai đầu dương của Hyđro và một đầu âm của Oxy

Sự phân cực này tạo nên một điện trường nhỏ trong phân tử nước, còn trong lò vi sóng, các sóng cực ngắn có tần số 2,45GHz tạo nên một điện trường mạnh hơn rất nhiều điện trường xung quanh các phân tử nước Điều này làm cho các phân tử nước bị định hướng theo chiều trùng với chiều của đường sức điện trường ngoài Khi điện trường ngoài đổi chiều thì các phân tử nước cũng bị đổi chiều Các sóng cực ngắn có tần số như trên tương đương với điện trường ngoài đổi chiều 2,45 tỉ lần trong 1 giây Nếu như vậy thì trong

1 giây phân tử nước cũng sẽ đổi chiều 2,45 tỉ lần Phân tử nước cọ xát với các phân tử lân cận trong quá trình đổi chiều sẽ sinh ra nhiệt năng, nhiệt năng này giúp nước nóng dần lên

và truyền cho các phân tử lân cận làm chín thức ăn

Thuỷ tinh, chất dẻo hấp thụ rất ít các sóng cực ngắn nên các loại đĩa lót đựng thức ăn không gây ra tác động gì ảnh hưởng đến thức ăn trong quá trình nung nấu

2.1.3 Phân loại

2.1.3.1.Phân loại theo tần số sử dụng:

Dựa theo tần số của lò vi sóng người ta phân ra 2 loại là lò vi sóng công nghiệp và lò

vi sóng gia đình

Hình 2.8 Mô hình phân tử nước

+ Lò vi sóng công nghiệp: Loại này sử dụngvi sóng có tần số 915MHz và có công suất lớn nhất từ 1000 đến 2700W, thường được sử dụng trong các nhà hàng để chế biến các loại thức ăn nhanh với chế độ hoạt động liên tục

+ Lò vi sóng gia đình: sử dụng vi sóng có tần số 2450MHz được dùng để phục

vụ nhu cầu nấu ăn trong gia đình

2.1.3.2.Phân loại theo kết cấu và dung lượng:

Tuỳ theo kiểu lắp đặt mà lò vi sóng có tên gọi khác nhau, dưới đây là 2 kiểu lắp đặt

cơ bản nhất

+ Kiểu tủ: lắp tại chỗ, công suất 1000W trở lên

+ Kiểu tiện lợi: có thể đặt trên bàn, cũng có thể gắn vào tủ tường, công suất dưới 1000W

2.1.3.3.Phân loại theo chức năng điều khiển:

+ Kiểu phổ cập: phối hợp thiết bị hẹn giờ, căn cứ vào loại thực phẩm mà chọn thời gian nấu nướng khác nhau Có thể thay đổi công suất nung nấu theo yêu cầu người sử dụng

+ Kiểu vi tính: lắp máy vi tính có thể cài đặt sẵn lập trình như làm tan băng, làm nóng, giữ nhiệt… Loại này có thể tiến hành thao tác theo thới gian và công suất cài đặt sẵn

2.1.4 Ưu điểm và nhược điểm

2.1.4.1.Ưu điểm

 Tiết kiệm năng lượng và thời gian trong việc nấu nướng: khi sử dụng lò vi sóng, thức

ăn được nấu chín từ bên trong và các phần trong thức ăn nóng lên đồng loạt, điều này khác với việc dùng lửa, bếp gas hay bếp từ vì khi nấu bằng các loại bếp này, thức ăn được nung nóng từ lớp dưới, mất một thời gian sau mới nóng dần lên phía trên

 Do có đặc điểm làm chín từ bên trong nên vẫn có thể nấu được thịt miếng lớn mà vẫn đảm bảo mức độ chín của thức ăn (vi sóng có thể chui sâu tới khoảng 2,5 cm)

 Thực phẩm sau khi nấu chín giữ được nhiều chất dinh dưỡng và hương vị nguyên thuỷ hơn khi nấu bằng các loại bếp khác

 Không cần pha thêm dầu mỡ trong quá trình nấu

 Dễ dàng lau chùi sạch sẽ

 Hâm nóng thức ăn dư đã cất giữ trong tủ lạnh, vì không cần cho thêm nước mà cũng không sợ món ăn khô cháy hoặc dính với nhau

 Trong quá trình sử dụng, không tạo ra hơi nóng trong bếp

 Có thể nấu và ăn thực phẩm trong cùng đồ chứa ban đầu

o Không hâm nóng các đồ nấu bịt kín vì áp suất bên trong lên cao sẽ gây nổ

o Không nên đưa vào lò các dụng cụ chứa thực phẩm bằng kim loại vì kim loại sẽ phản

xạ lại vi sóng và có thể gây ra hiện tượng đánh lửa

o Nên dùng đĩa lót thực phẩm bằng sành sứ hoặc giấy vì chúng không hấp thụ cũng như phản xạ vi sóng Các dụng cụ này nóng lên là do thực phẩm nóng truyền nhiệt qua Không nên dùng bao nhựa, xốp vì chúng có thể bị tan chảy vào thức ăn ở nhiệt độ cao

oKhông đun nước hoặc các chất lỏng khác quá thời gian quy định của nhà sản xuất Việc quá nhiệt có thể xảy ra khi nước trong cốc bị đun quá lâu Khi đó, nước trông bình thường, nhưng khi đưa ra ngoài nó sẽ bắn lên khỏi cốc

o Tốt nhất nên đứng cách xa lò vi sóng khoảng 1 mét để đảm bảo an toàn khi lò đang hoạt động

2.2 TÌM HIỂU VỀ BẾP ĐIỆN TỪ

2.2.1 Một số khái niệm cơ bản

2.2.1.1 Dòng điện cảm ứng Hiện tượng cảm ứng điện từ

Khi số đường sức từ xuyên qua một ống dây biến thiên thì trong ống dây sẽ xuất hiện một dòng điện Dòng điện xuất hiện trong ống dây này được gọi là dòng điện cảm ứng, hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây khi số đường sức qua nó thay đổi được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

Ngược lại, khi có một dòng điện chạy qua ống dây thì nó cũng tạo ra các đường sức

từ, và ống dây khi đó được xem như một nam châm có các cực được xác định bằng quy tắc nắm tay phải Cường độ dòng điện qua ống dây tăng giảm sẽ dẫn đến sự tăng giảm số đường qua ống dây Cụ thể là khi cường độ dòng điện qua ống dây tăng thì số đường sức do nó tạo

ra tăng lên và ngược lại, cường độ dòng điện qua ống dây giảm thì số đường sức do nó tạo ra giảm xuống

Số đường sức từ đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường, chỗ nào từ trường yếu thì

số đường sức sẽ thưa, chỗ nào từ trường mạnh thì số đường sức dày hơn Cho nên có thể nói: khi cường độ dòng điện chạy qua ống dây tăng lên thì ống dây sẽ tạo ra một từ trường mạnh hơn Còn khi cường độ dòng điện chạy qua ống dây giảm xuống thì ống dây sẽ tạo ra một từ trường yếu hơn

2.2.1.2 Dòng điện Phu cô

Khi một khối vật dẫn (đặc) chuyển động trong từ trường thì trong khối vật dẫn sẽ xuất hiện những dòng điện xoáy, những dòng điện này cũng là dòng điện cảm ứng Chúng gây ra tác dụng cản trở lại nguyên nhân đã sinh ra nó Tức là cản trở lại chuyển động của khối vật dẫn Đồng thời, nó cũng gây ra tác dụng nhiệt làm nóng khối vật dẫn lên

Những dòng điện xoáy xuất hiện trong khối vật dẫn khi chuyển động trong từ trường được gọi là dòng điện Phu cô

2.2.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

2.2.2.1 Cấu tạo

Các bộ phận chính của bếp từ bao gồm: cuộn dây, mạch khếch đại và mặt bếp

+ Cuộn dây: cuộn dây quấn được đặt bên dưới mặt bếp cho dòng điện đi qua như hình bên

+ Mạch khếch đại: nhằm thay đổi dòng điện qua cuộn dây

+ Mặt bếp: thường làm bằng thuỷ tinh, gốm sứ kết tinh dày khoảng 4mm, có thể chịu nhiệt khoảng 3000C, cách điện tốt

Hình 2.9 Dây quấn ở mặt bếp

2.2.2.2 Nguyên tắc hoạt động:

Nguyên tắc chính trong hoạt động của bếp từ là ứng dụng hiện tượng nung nóng cảm ứng (nung bằng tần số dòng điện) Đó là hiện tượng nhiệt sinh ra trong vật liệu kim loại (chủ yếu là các hợp kim của sắt từ) khi có một trường điện từ biến thiên đi qua

Khi cho dòng điện qua cuộn dây, nó sẽ tạo ra xung quanh một từ trường có các đường sức từ được minh hoạ như hình Các đường sức này xuyên qua đáy nồi từ tính sinh ra dòng điện Phu-cô Do thân nồi có điện trở nên khi dòng điện Phu-cô qua thân nồi sẽ sinh ra một nhiệt lượng Theo định luật Jun – Lenxơ, nhiệt lượng toả ra trong một vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được tính theo công thức:

.tR.I

Q 2Phần nhiệt lượng toả ra này được sử dụng để nấu chín thức ăn Tuy nhiên, nó không được tạo ra khi không có dòng điện đi qua Nó chỉ được tạo ra khi có nồi đặt trên mặt bếp và nồi này phải làm bằng vật liệu thích đáng: kim loại đặc và nhiễm từ Nếu nhấc nồi ra khỏi bếp thì nhiệt lượng cung cấp cũng không còn

Nhiệt lượng này được thay đổi nhờ mạch khuếch đại trong bếp từ Mạch khuếch đại

có nhiệm vụ thay đổi dòng điện đi qua cuộn dây, từ đó làm thay đổi từ trường (hay số đường sức từ qua đáy nồi), do đó làm thay đổi dòng điện Phu-cô dẫn đến nhiệt lượng toả ra cũng thay đổi

Nhờ mạch khếch đại mà nhiệt lượng tăng lên cũng như giảm xuống rất nhanh Do đó trong quá trình nấu nhất thiết phải có mặt người sử dụng để đảm bảo thức ăn không bị cháy đen vì hấp thụ nhiệt quá nhiều

Hình 2.10 Mặt cắt ngang một

bếp điện từ và nồi nấu

2.2.3 Phân loại

Dựa vào tần số dòng điện cung cấp cho cuộn dây, người ta chia bếp từ ra 2 loại:

+ Bếp từ tần số thấp: loại này sử dụng dòng điện có tần số 50Hz cung cấp (mạng điện gia đình)

+ Bếp từ tần số cao: dùng dòng điện có tần số cao từ 15KHz trở lên chạy qua cuộn dây, loại này thường được sử dụng kèm theo thiết bị chuyển đổi tần số

2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm

2.2.4.1 Ưu điểm

Bếp điện từ cung cấp nhiệt lượng nấu chín thức ăn theo kiểu đốt nóng từ bên dưới đáy nồi trước, cách truyền nhiệt lượng này cũng giống như khi sử dụng bếp gas, bếp lửa nhưng bếp điện từ lại có những ưu điểm nổi bật hơn như:

 Điều chỉnh nhiệt độ nhanh: không như các phương pháp khác, tồn tại quán tính nhiệt khi điều chỉnh nhiệt độ, đối với bếp điện từ, nhiệt độ thay đổi nhanh và chính xác ngay khi điều chỉnh Điều đó thật sự hữu ích khi cần chuyển chế độ nấu từ nhiệt

độ cao xuống thấp hoặc ngược lại

 Hiệu suất sử dụng nhiệt cao: do dòng nhiệt chỉ tập trung vào nồi nấu bằng hợp kim sắt từ nên gần như không có thất thoát ra bên ngoài (theo như các khảo sát đối với bếp từ, hiệu suất nhiệt ~ 90%) Ví dụ như ta thấy trong hình dưới, nước trong nồi thì sôi nhưng viên nước đá đặt trên mặt bếp không bị tan; hoặc phần trứng trên cháo

được rán nhưng phần trên mặt bếp thì không

 Tính an toàn cao: cũng do đặc tính của trường điện từ chỉ tác dụng lên các vật liệu từ tính (hoặc hợp kim sắt từ) nên sẽ rất an toàn khi ở trong vùng làm việc của bếp, và không gây cháy (do không tương tác với bất kỳ các loại vật liệu nào khác như giấy, gỗ, thủy tinh …) Trong thực tế, các tai nạn xảy ra khi sử dụng bếp từ chỉ là do người dùng hoặc các vật liệu dễ cháy tiếp xúc với các bề mặt nhiệt độ cao của nồi nấu

Hình 2.11 Bếp từ chỉ gây tác dụng nhiệt lên

dụng cụ đựng thức ăn

hoặc với nhiệt truyền từ nồi nấu ra ngoài

 Lắp đặt dễ dàng và thuận tiện: do hình dạng nhỏ gọn, độ dày thấp (thường không quá 5cm), bếp từ rất dễ đặt nổi hoặc chìm trên mặt bàn Điều đó thực sự tốt khi tạo cho một không gian bếp gọn, đẹp, thông thoáng

 Tính khả dụng cao: không giống như bếp gas cần một hệ thống đường ống cấp gas vướng víu, chỉ cần nơi nào có điện, nơi đó có thể sử dụng được bếp từ

 Khả năng vệ sinh dễ dàng: do đặc điểm của mình, bề mặt bếp từ thường được chế tạo từ các loại kính hoặc sứ chịu nhiệt có bề mặt nhẵn bóng Do đó, việc vệ sinh bếp sau khi đun nấu rất đơn giản, dễ dàng

 Tiết kiệm nhiên liệu: nhiều người vẫn cho rằng sử dụng bếp điện từ sẽ tốn nhiều điện năng do công suất của các bếp điện từ thường vào khoảng 2.4 ~ 2.6KW, thậm chí có thể đến 3.5 KW Tuy nhiên, do có hiệu suất cao, thời gian đun nóng nhanh nên công suất tiêu hao thực tế của bếp nhỏ hơn hoặc chỉ tương đương các phương pháp dùng điện khác

2.2.4.2 Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm nổi bật trên thì bếp điện từ cũng tồn tại một số nhược điểm:

 Nhược điểm lớn nhất và dễ thấy nhất của bếp từ chính là nồi nấu Do trường điện từ không tương tác với các vật liệu không nhiễm từ (gốm, sứ, thủy tinh, inox 3xx…) nên bếp điện từ chỉ sử dụng được với các loại nồi nấu bằng hợp kim sắt từ (thép thường, inox 2xx, inox4xx ) Bù lại, do giá các loại vật liệu này không quá đắt nên giá thành các nồi nấu sử dụng cho bếp từ rẻ hơn đáng kể

 Phụ thuộc nguồn điện: do đây là một thiết bị điện nên mọi hoạt động của nó phải nhờ vào điện năng cung cấp

2.2.5 Một số lưu ý khi sử dụng

 Đối với nung cảm ứng, khi bề mặt nung càng gần vòng cảm ứng thì tốc độ nung càng cao Do đó, khi sử dụng bếp từ, tuyệt đối không để nổi nấu cách quá xa bề mặt bếp (ví dụ: lót bằng các tấm lót quá dày …) để tránh làm giảm hiệu suất nung của bếp

Hình 2.12 Bếp từ được lắp đặt gọn trong

không gian nhà bếp

 Nếu không có ngay các nồi nấu bằng vật liệu phù hợp (hợp kim sắt từ), có thể sử dụng một tấm thép mỏng 2 ~ 3 mm (thép thường) đặt trực tiếp trên bề mặt bếp hoặc trong nồi nấu để tạo nguồn phát nhiệt (khi đó hiệu suất sử dụng nhiệt sẽ thấp hơn)

 Để bảo vệ bề mặt bếp, có thể dùng các tấm lót mỏng như giấy, bìa mỏng, thấm vải (tốt nhất là vải chịu nhiệt) … đặt giữa bề mặt bếp và đáy nồi để chống xước

 Các bề mặt bếp thường có độ cứng cao để chống xước Vì vậy, nên tránh để bếp bị rơi hoặc đặt vật nặng trên mặt bếp để tránh vỡ

Chương 3 NHIỆT KẾ NHIỆT ĐIỆN

Chương này sẽ giới thiệu một loại dụng cụ dùng để đo nhiệt độ của các vật: đó là nhiệt kế Đối với các loại nhiệt kế thông thường dùng trong y học, khoảng giới hạn nhiệt độ

đo được khá nhỏ (0 0 – 100 0 C) Còn đối với các vật có nhiệt độ cao, người ta sử dụng đến nhiệt kế nhiệt điện, dụng cụ này có cấu tạo tương đối đơn giản nhưng có thể đo được nhiệt

3.1.2.Dòng nhiệt điện:

Khi sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 đầu dây nối xảy ra, thì có dòng điện chạy trong mạch (biết được nhờ Ampe kế) Dòng điện này được gọi là dòng nhiệt điện

3.1.3.Suất nhiệt điện động:

 Định nghĩa: Suất điện động tạo nên dòng nhiệt điện gọi là suất điện động nhiệt điện hay suất nhiệt điện động

 Sự tạo thành suất nhiệt điện động: Khi giữ cho 2 mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau, ta có môi trường dẫn điện không đồng nhất (do bản chất 2 thanh kim loại là khác nhau) Trong đó, nhiệt độ và mật độ hạt tải điện (electron) thay đổi từ điểm này sang điểm khác

Theo thuyết electron, khi một sợi kim loại có nhiệt độ hai đầu khác nhau thì xảy ra hiện tượng các electron ở đầu nóng dồn về đầu lạnh, đầu nóng tích điện dương

và đầu lạnh tích điện âm Kết quả là giữa các vùng không đồng nhất hình thành một hiệu điện thế, và trong mạch kín hình thành một suất điện động

Hình 3.1 Cặp nhiệt điện

 Xác định suất nhiệt điện động: Khi hiệu nhiệt độ T1 – T2 giữa hai mối hàn không lớn, thì suất điện động nhiệt điện tỉ lệ thuận với hiệu nhiệt độ đó:

 1 2

T T Tα

0

C):  3%

(4000C  8000C):  0.75% Chromel - Alumen - 270  1250 - 5.354  50.633 ( 0  400

0

C):  3%

(4000C  12500C):  0.75% Chromel -

Constantan - 276  870 - 9.835  66.473

( 0  4000C):  3%

(4000C  12500C):  0.75% Platin – Rôđi - 50  1500 - 0.236  15.576 ( 0  600

Nhiệt kế nhiệt điện là cặp nhiệt

điện có thể dùng để đo nhiệt độ rất cao

cũng như rất thấp mà ta không thể đo

được bằng các loại nhiệt kế thông

thường

Cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là

cặp nhiệt và máy đo Một đầu của cặp

nhiệt đặt vào môi trường cần đo nhiệt

độ, đầu còn lại được nối với máy đo

(vôn kế)

Hình 3.2 Cấu tạo nhiệt kế

nhiệt điện

a và b tạo thành cặp nhiệt đặt trong ống sứ C

Hoạt động của nhiệt kế nhiệt điện dựa trên hiện tượng nhiệt điện

Khi một đầu cặp nhiệt đặt vào môi trường cần đo nhiệt độ Sự chênh lệch nhiệt độ ở đầu này sẽ biến thành suất điện động nhiệt điện ở đầu kia, ta đọc được giá trị suất điện động này trên vôn kế

Trên bảng chia độ của vôn kế có ghi sẵn giá trị nhiệt độ tương ứng với mỗi giá trị suất điện động, do đó nhiệt độ của vật cần đo được xác định dễ dàng

o Dải đo nhiệt độ rộng, có thể đạt từ - 2700C đến 27000C

o Nhiệt kế nhiệt điện khi đo không cần nguồn, như vậy không có hiệu ứng đốt nóng

Chương 4

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TẮT MỞ ĐÈN TỰ ĐỘNG

Hệ thống đèn đường đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi trời tối Đặc biệt là hệ thống này không phải lúc nào cũng hoạt động cùng lúc với nhau trên một khu vực nào đó, bởi vì, có thể trong khu vực này có vị trí trời tối trong khi vị trí khác trời vẫn còn sáng Nếu hệ thống đèn được bật lên cùng lúc sẽ không đảm bảo việc tiết kiệm điện năng Ngoài ra, việc bật tắt thủ công lại trở nên bất tiện và hao phí thời gian cho con người

Từ những nhược điểm trên, người ta đưa ra một hệ thống điều khiển để tắt mở đèn một cách tự động Nghĩa là đèn có thể tự động bật nếu ở vị trí đó trời tối và khi trời sáng thì

nó cũng tự động tắt mà không cần con người can thiệp vào Bằng một mạch điện đơn giản,

hệ thống điều khiển tắt mở đèn tự động đã giúp con người tiết kiệm được thời gian, công sức cũng như điện năng tiêu thụ

4.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

4.1.1 Hiện tượng quang dẫn

Chất bán dẫn là những chất không dẫn điện ở điều kiện thường nhưng nếu bị kích thích bởi nhiệt độ, ánh sáng… thì trở nên dẫn điện như vật dẫn

Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt (điện trở đột ngột giảm mạnh) khi được chiếu ánh sáng thích hợp

4.1.2 Quang trở (LDR - Light Dependent Resistors)

Quang trở được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống mạch điều khiển tự động

Cấu tạo của quang trở gồm:

 Đế cách điện

 Một lớp bán dẫn mỏng khoảng

20μm – 30 μmphủ trên đế cách điện

 Hai điện cực nối ra mạch ngoài

Hình 4.1 Cấu tạo của quang trở

Hoạt động của quang trở:

- Khi chưa rọi ánh sáng vào lớp bán dẫn thì trong mạch chỉ có một dòng điện rất bé (được gọi là dòng tối) Dòng tối này phụ thuộc vào hiệu điện thế U của nguồn và điện trở thuần của quang trở

- Khi rọi ánh sáng vào lớp bán dẫn thì độ dẫn điện của nó bắt đầu tăng lên Cường độ ánh sáng chiếu vào càng mạnh thì độ dẫn điện của quang trở càng tăng Hiệu điện thế ở hai cực của nguồn càng cao thì quang trở dẫn điện càng tốt

- Độ dẫn điện của lớp bán dẫn thay đổi khi được chiếu sáng được giải thích như sau: Ánh sáng chiếu tới thực chất là những dòng phôton đập vào lớp bán dẫn Mỗi phôton của ánh sáng kích thích khi bị hấp thụ sẽ giải phóng một electron liên kết để nó trở thành electron tự do chuyển động trong khối bán dẫn Các electron này trở thành các electron dẫn Ngoài ra, mỗi electron giải phóng sẽ để lại một lỗ trống mang điện dương Những lỗ trống này cũng có thể chuyển động tự do và tham gia vào quá trình dẫn điện

Hiện tượng giải phóng các electron liên kết để cho chúng trở thành electron dẫn gọi

là hiện tượng quang điện bên trong Vì năng lượng cần thiết để giải phóng một electron liên

kết thành electron dẫn không lớn lắm, nên để xảy ra hiện tượng quang dẫn không đòi hỏi phôton phải có năng lượng lớn Có rất nhiều chất quang dẫn hoạt động được với ánh sáng hồng ngoại Do đó, quang trở được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống mạch điều khiển tự động bằng ánh sáng Mặt Trời

Khác với tế bào quang điện, quang trở không có dòng điện bão hòa và có độ nhạy gấp 1000 lần so với tế bào quang điện Nhược điểm của quang trở là quán tính khá lớn Khi được chiếu sáng, phải sau 10-5s – 10-3s trong mạch quang trở mới có dòng cực đại của nó

4.1.3 Diode bán dẫn

Người ta tạo ra chất bán dẫn bằng cách pha một ít tạp chất vào điện môi Tùy theo loại tạp chất pha vào mà chất bán dẫn được chia ra làm 2 loại, đó là bán dẫn loại p và bán dẫn loại n Bán dẫn loại n (negative) là loại bán dẫn có số hạt mang điện âm chiếm đa số, còn bán dẫn loại p (positive) là loại bán dẫn có số hạt mang điện dương chiếm đa số Khi ghép sát hai khối bán dẫn p, n lại với nhau ta có một diode bán dẫn

Các electron ở n khuếch tán sang p và ngược lại các lỗ trống từ p khuếch tán sang n

Vì hai chất n và p ban đầu trung hòa về điện nên khi các hạt khuếch tán sang nhau để lại một lớp điện kép tại chỗ tiếp xúc, bên n mang điện dương, bên p mang điện âm

Sự tích điện âm bên khối p và dương bên khối n hình thành một điện áp gọi là điện áp tiếp xúc Utx Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động

txE

Hình 4.2 Sự hình thành

điện áp tiếp xúc giữa 2 khối bán dẫn

khuếch tán của các electron và lỗ trống Sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt Lúc này ta nói tiếp xúc p-n ở trạng thái cân bằng Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge

Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngoài Đây là cốt lõi hoạt động của diode

 Diode phân cực thuận

Nối p và n bằng một nguồn điện như hình vẽ Khi chưa có nguồn thì lớp tiếp xúc xuất hiện một điện trường E ngăn không cho các hạt khuếch tán sang nhau Khi có nguồn, giữa p và n có txthêm một điện trường E ngược hướng với E Điện trường này thắng điện trường tx E nên điện txtrường tổng hợp có hướng từ p sang n làm cho các hạt khuếch tán sang nhau dễ dàng Kết quả là có

một dòng điện chạy qua diode Trường hợp này được gọi là diode phân cực thuận

 Diode phân cực nghịch:

Đặt một hiệu điện thế vào khối bán dẫn như hình vẽ Ta thấy giữa p và n ngoài tác dụng của điện trường E còn chịu tác dụng của điện trường ngoài E Điều này làm cho các txhạt mang điện cơ bản chạy xa lớp điện tích liên kết, khiến cho vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do Kết quả là diode không dẫn điện, người ta gọi trường hợp này là

diode phân cực nghịch

ngoàiE

txE

Hình 4.3 Dòng điện qua điôt phân cực thuận

ngoàiE

txE

Hình 4.4 Dòng điện qua điôt phân cực thuận

4.1.4 Transistor

Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp p-n, nếu ghép theo thứ tự p-n-p ta được transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự n-p-n ta được transistor ngược Về phương diện cấu tạo transistor tương đương với hai diode đấu ngược chiều nhau

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát E (Emitter), và cực thu hay cực góp C (Collector), vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại n hay p) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

Hình dáng của Transistor:

Hình 4.5 Ký hiệu của Transitor