4 điều không nên bỏ qua về dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là một trong những vấn đề quan trọng của bộ môn Vật Lý. Bên cạnh đó, chúng cũng đem lại nhiều ý nghĩa. Vậy khái niệm dòng điện trong kim loại là gì? Hãy tìm hiểu ngay 4 vấn đề cơ bản của vấn đề này nhé! 

Dòng điện trong kim loại thực chất là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại giảm liên tục.

Bản chất của dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại có 4 bản chất cơ bản sau đây: 

Thứ nhất, trong kim loại, khi các nguyên tử bị mất electron hoá trị, chúng trở thành các ion dương.

+ Mạng tinh thể kim loại được hình thành bằng các ion dương liên kết với nhau. Theo đó, chúng được sắp xếp theo một trật tự nhất định. 

+ Mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự khi chúng chuyển động nhiệt càng mạnh.

Thứ 2, electron hoá trị có thể tách khỏi nguyên tử. Lúc này chúng trở thành các êlectron tự do với mật độ n không đổi. Sự chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do chắn toàn bộ thể tích của khối kim loại.

Thứ 3, điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra. Chúng đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

Thứ 4, một trong những nguyên nhân gây ra điện trở kim loại là sự mất trật tự của mạng tinh thể. Điều này gây ra cản trở chuyển động của electron tự do. Một số loại mất trật tự thường gặp là chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể. Nguyên tử lạ trong kim loại có thể làm méo mạng tinh thể.

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại đã cho thấy rằng hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. Mật độ của chúng càng cao thì kim loại dẫn điện càng tốt. Chính từ  tính chất này của kim loai có thể suy ra những tính chất khác.

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

Mối liên hệ của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Những thí nghiệm đã cho thấy rằng điện trở suất p của kim loại tăng theo hàm bậc nhất với nhiệt độ, cụ thể:

ρ = ρ0 [1 + α (t – to)]

Giải thích ký hiệu:

+ ρ0: điện trở suất ở nhiệt độ t0oC (thường ở 20oC)

+ ρ: điện trở suất ở nhiệt độ toC

+ α: hệ số nhiệt điện trở (K-1)

Hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Chúng bao gồm nhiệt độ, độ sạch của vật liệu và chế độ gia công của nó.

Điện trở của kim loại trong môi trường nhiệt độ thấp

Điện trở suất của kim loại sẽ giảm liên tục khi nhiệt độ giảm. Đến gần 0oK điện trở của kim loại nguyên chất còn lại tương đương bằng 0.

Trạng thái siêu dẫn là trạng thái điện trở đột ngột giảm xuống bằng 0. Điều này xuất hiện ở một số kim laoij và hợp kim.

Một số ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

+ Đầu tiên, các cuộn dây siêu dẫn thường được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.

+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và giúp làm giảm tổn hao năng lượng trên đường dây.

Hiện tượng nhiệt điện là gì?

Thuyết e về tính dẫn điện của kim loại là một thuyết khá phổ biến. Theo đó, nếu sợi dây kim loại với một đầu nóng và đầu lạnh thì chuyển động nhiệt sẽ khiến một phần e dịch chuyển giữa 2 đầu. Lúc này, đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm. 

Giữa hai đầu dây xuất hiện một hiệu điện thế khi có một điều kiện được thỏa mãn. Khi lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau. Điều kiện với một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao. Một mối hàn ở nhiệt độ thấp. Lúc này hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây sẽ không giống nhau. Từ đó, khiến trong mạch xuất hiện một suất điện động ξ. Suất điện động này được gọi là suất điện động nhiệt điện. Ngược lại, bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện. Công thức xác định như sau:

                           ξ = αt(T1 – T2) 

Giải thích ý nghĩa như sau:

+ T1 – T2: hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh

+ αt: là hệ số nhiệt điện động, nó phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.

Suất điện động nhiệt điện này có đặc điểm: Giá trị tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian. Vì vậy mà cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

Hy vọng các kiến thức hữu ích do thietbidientu.com.vn cung cấp để giải quyết được những thắc mắc của khách hàng về vấn đề này. Nếu còn băn khoăn, hãy liên hệ đến công ty để được chỉ dẫn chi tiết hơn nhé!