Tìm hiểu về bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?

dong-dien-trong-kim-loai-la-gi-cau-truc-cua-mang-tinh-the

Về lý thuyết, chúng ta không hề biết về bản chất của dòng điện trong kim loại là gì? Để hiểu rõ hơn về vấn đề này, bài viết dưới đây sẽ tổng hợp các kiến thức cơ bản liên quan đến dòng điện trong kim loại.

Khái niệm của dòng điện trong kim loại là gì?

Khi điện thế có sự chênh lệch giữa hai đầu dây kim loại, dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do bên trong kim loại sẽ được gọi là dòng điện trong kim loại.

Bản chất của dòng điện trong kim loại như thế nào?

Chúng ta cùng đi tìm hiểu về bản chất của dòng điện trong kim loại, qua những thông tin sau:

– Các nguyên tử bị mất Electron hoá trong kim loại bị trở thành các ion dương. Hệ thống các ion dương có sự liên kết với nhau một cách trật tự, tạo nên mạng tinh thể kim loại. Mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự, nếu sự chuyển động của các ion càng mạnh.

– Khi các Electron hoá trị được tách khỏi nguyên tử và trở thành các electron tự do, với mật độ n không đổi (n = hằng số). Electron tự do chuyển động hỗn loạn chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại và sẽ không sinh ra dòng điện nào.

dong-dien-trong-kim-loai-la-gi-so-do-dong-dien
Sơ đồ dòng điện trong kim loại

– Điều kiện có dòng điện trong kim loại là nguồn điện ngoài từ điện trường sinh ra, đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường.

– Chuyển động của electron tự do bị cản trở do sự mất trật tự của mạng tinh thể. Đây là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Khi sự mất trật tự này xảy ra là do chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, cùng với sự biến dạng cơ học của mạng tinh thể và các nguyên tử lạ lẫm trong kim loại. Mặt khác, điện trở của kim loại thường nhạy cảm với các yếu tố này.

Do đó, về tính dẫn điện của kim loại trong thuyết electron cho thấy, electron tự do chính là các hạt tải điện trong kim loại. Mật độ của electron tự do rất cao nên khả năng dẫn điện của kim loại tốt. Đồng thời, nhiều tính chất khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể suy ra từ thuyết electron.

Vì vậy, dòng điện trong kim loại là sự chuyển dời có hướng của các electron tự do, dưới tác dụng của điện trường.

Điện trở suất của kim loại dựa theo nhiệt độ phụ thuộc vào đâu?

Điện trở suất ρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng với hàm bậc nhất, có công thức: 

ρ = ρ0 [1 + α (t – t0)]

Trong đó:

    + ρ0: điện trở suất ở nhiệt độ t0◦C (thường ở 20◦C)

    + ρ: điện trở suất ở nhiệt độ t◦C

    + α: hệ số nhiệt điện trở (K-1)

Vì thế, hệ số nhiệt của điện trở không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, mà còn phụ thuộc cả độ sạch và chế độ gia công, sản xuất của vật liệu đó.

dong-dien-trong-kim-loai-la-gi-cau-truc-cua-mang-tinh-the
Cấu trúc của mạng tinh thể kim loại đồng

Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn

– Điện trở suất của kim loại giảm liên tục, nếu nhiệt độ giảm. Với mức gần gần 0◦K thì điện trở của kim loại sạch đều rất thấp.

– Đối với một số loại hợp kim và kim loại, khi nhiệt độ thấp hơn mức của một nhiệt độ giới hạn Tc thì điện trở suất sẽ giảm xuống bằng 0. Lúc đó, các vật liệu ấy đã được chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

– Ứng dụng cơ bản của hiện tượng siêu dẫn

     + Những cuộn dây siêu dẫn bằng kim loại được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

     + Sử dụng dây siêu dẫn để tải điện và gây tổn hao năng lượng trên đường dây khi dự kiến sẽ không còn nữa.

dong-dien-trong-kim-loai-la-gi-lien-ket-dong-dien
Dòng điện trong kim loại là gì – Liên kết của dòng điện trong kim loại

Hiện tượng nhiệt điện như thế nào?

– Hiệu điện thế giữa hai đầu nóng và đầu lạnh của từng dây dẫn không giống nhau nếu hai đầu dây kim loại bằng chất liệu khác nhau, rồi hàn với nhau. Lúc này sẽ có một mối hàn giữ ở mức nhiệt độ thấp và một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao hơn. 

Bên trong mạch có một suất điện động E. Trong đó, E gọi là suất điện động nhiệt điện và cặp nhiệt điện là bộ hai dây dẫn được hàn hai đầu vào nhau.

Electron được khuếch tán từ đầu nóng lan truyền qua đầu lạnh, làm đầu nóng tích điện dương.

– Công thức tính suất điện động nhiệt điện:

E = αT (T1 – T2)

Trong đó:

    + T1: nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (đơn vị K)

    + T2: nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (đơn vị K)

    + αT: hệ số nhiệt điện động (đơn vị V/K)

dong-dien-trong-kim-loai-la-gi-trong-kim-loai
Bản chất của dòng điện trong kim loại

Ở bài viết trên chúng tôi đã tổng hợp các thông tin cơ bản liên quan và trả lời vấn đề “dòng điện trong kim loại là gì”. Hy vọng mọi người có thể áp dụng trong một số phép tính toán. Nếu muốn tìm hiểu kiến thức chuyên sâu hơn thì bạn có thể tham khảo dòng điện trong kim loại vật lý 11.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *