Dòng điện trong kim loại là gì? Là thắc mắc của nhiều người mà chúng tôi nhận được trong thời gian qua. Có thể nói, đây là một trong những kiến thức trọng tâm mà các bạn học sinh, sinh viên cần phải nắm vững để hoàn thành các bài tập liên quan tới điện trở và điện trở suất. Để có thêm nhiều thông tin chi tiết khác, quý bạn đọc đừng bỏ lỡ nội dung trong bài viết dưới.
Dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các hạt electron tự do dưới sự tác động của điện trường. Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn có cả chế độ gia công của vật liệu đó và độ sạch. Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại sẽ giảm.
Dòng điện là dòng có các hạt mang điện tích dịch chuyển có hướng. Trường hợp này xảy ra khi dòng hiện xuất hiện trong các chất lỏng, chất khí vì khoảng cách giữa các phân tử, nguyên tử lớn và các hạt dễ dàng di chuyển qua. Đối với dòng điện trong kim loại là dòng các electron tự do di chuyển. Nếu như các hạt mang điện âm [electron, ion âm] có kích thước nhỏ nên dễ dàng bị bứt ra khỏi nguyên tử và trở thành electron tự do.
==> Hiểu một đơn giản, dòng điện trong kim loại là các electron tự do dịch chuyển có hướng.
- Sóng cơ là gì? Sóng cơ lan truyền được trong môi trường nào?
Bản chất của dòng điện trong kim loại
- Một số nguyên tử sau khi bị biến đổi mất đi các electron hóa trị ở trong kim loại sẽ trở thành các ion mang hóa trị dương. Lúc này, toàn bộ các ion dương sẽ biến đổi, tạo thành một liên kết nhất định với nhau theo một trật tự nào đó để tạo nên hệ thống các mạng tinh thể có trong kim loại. Trong trường hợp các nhà mạng tinh thể đó biến đổi không theo một trật tự thì kéo theo đó là sự di chuyển của các ion sẽ mạnh hơn.
- Các electron bị hóa trị sẽ có xu hướng tách ra khỏi các nguyên tử và trở thành các hạt electron hoạt động tự do. Lúc này, các electron sẽ hoạt động hỗn loạn đồng thời nó cũng tạo ra các khí electron hoạt động tự do.. Trong trường hợp này, toàn bộ các yếu tố như thể tích của khối kim loại cũng sẽ không tạo ra bất kỳ một dòng điện nào.
- Nguồn điện sẽ tạo ra điện trường, khi đó nó sẽ đẩy khí electron theo hướng trôi ngược cùng chiều điện trường, từ đó tạo ra dòng điện.
- Sự biến đổi trong trật tự hoạt động của các tinh thể ít nhiều cản trở sự chuyển động từ các electron đang hoạt động tự do. Và đây cũng chính là nguyên nhân gây nên những biến đổi trong điện trở của kim loại.
- Theo lý thuyết, electron có liên quan tới các tính chất dẫn điện của kim loại; bởi vậy các hạt có chức năng tải điện trong kim loại là các loại electron hoạt động tự do.
=> Như vậy có thể hiểu: Bản chất của dòng điện trong kim loại là sự biến đổi, dịch chuyển theo cách có hướng của electron hoạt động tự do và chịu ảnh hưởng của từ điện trường. Khi đặt vào hai đầu vật dẫn kim loại một hiệu điện thế, do chịu tác động của lực điện trường, các electron sẽ tự do chuyển động có hướng ngược với chiều điện trường nhưng vẫn có sự chuyển động hỗn loạn. Vậy nên, sự dịch chuyển có hướng của các hạt tải điện, nghĩa là có dòng điện trong kim loại.
Sự phụ thuộc điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Từ các thí nghiệm càng chứng minh được điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ theo hàm bậc nhất: = 0[1+ [t – t0]]
Trong đó:
- 0: Là điện trở suất ở nhiệt độ t0độ C [thường là 20 độ C].
- : Là điện trở suất ở nhiệt độ t độ C
- : Là hệ số điện trở [K-1].
==> Hệ số điện trở sẽ không phụ thuộc vào nhiệt độ mà có cả độ sách và chế độ gia công của vật liệu đó.
Tìm hiểu về hiện tượng nhiệt điện
Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và đầu lạnh thì sự chuyển động nhiệt của electron sẽ làm cho một phần electron tự do trong đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương còn đầu lạnh sẽ tích điện âm.
Giữa đầu nóng và đầu lạnh luôn có một hiệu điện thế. Nếu như bạn lấy 2 dây kim loại khác loại và hàn chúng với nhau, một mối hàn giữa nhiệt độ cao và một mối hạn ở nhiệt độ thấp thì hiệu điện thế ở đầu nóng, đầu lạnh của từng dây không giống nhau. Điều này khiến cho mạch có trong suất điện động . được gọi là suất điện động nhiệt động nhiệt điện và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu được gọi là cặp nhiệt điện: =t [T1 – T2]
Trong đó:
- T1-T2: Là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh
- t: Là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chát của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp như thế nào?
Khi ở nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại sẽ giảm liên tục. Khi giảm tới gần 0 độ K điện trở của kim loại sạch đều rất bé. Một số kim loại là hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn nhiều độ giới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Lúc này, các vật liệu đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
Hy vọng rằng, nội dung thông tin trong bài viết trên đây đã giúp bạn hiểu thêm về khái niệm dòng điện trong kim loại là gì. Nếu có bất kỳ đóng góp nào cho bài viết, quý bạn đọc hãy comment phía dưới, chúng tôi sẽ tổng hợp và giải đáp nhanh chóng.
Bài viết liên quan:
Dòng điện trong kim loại là gì ? Đây là câu hỏi nhận được rất nhiều sự quan tâm của khách hàng. Nắm bắt được vấn đề này, hôm nay điện nước Khánh Trung sẽ bật mí giúp bạn. Hãy theo dõi nhé!
Khái niệm dòng điện trong kim loại
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do bị tác động bởi điện trường
Khi hai đầu của điện thế có sự chênh lệch trái ngược nhau sẻ tạo ra các dòng dịch chuyển mang hướng electron tự do ở trong chất liệu kim loại bất kì
Khi chuyển hướng, các hạt điện tích electron tự do va chạm với các ion ở nút mạng và truyền động năng qua chúng
Sự va chạm này gây ra điện trở cho dây dẫn kim loại, hệ số điện trở sẻ phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tinh khiết của chất liệu đó, cụ thể khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất kim loại đó sẻ giảm theo
Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các hạt điện tích dương, chiều của dòng điện trong kim loại sẻ ngược chiều với các hạt electron tự do
Bản chất dòng điện trong kim loại là gì ?
– Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron ngược chiều điện trường
– Ở kim loại, những nguyên tử mất electron hóa trị sẽ biến thành ion dương. Các ion sẽ liên kết với nhau theo trật tự và tạo ra mạng tinh thể kim loại. Nếu nhiệt của ion mạnh, tinh thể sẽ mất trật tự.
– Electron hóa trị sẽ tách khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do. Sau đó nó dịch chuyển hỗn loạn sinh ra khí electron tự do, những thành phần này sẽ chiếm toàn bộ thể tích khối kim loại mà không sản sinh ra bất kỳ dòng điện nào.
– Phần điện trường sẽ được sinh ra nhờ nguồn điện và đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường để tạo dòng điện.
– Điện trở kim loại có được là do mất trật tự mạng tinh thể, làm cản trở chuyển động electron tự do. Sự mất trật tự này là chuyển động nhiệt của các ion, méo mạng tinh thể sẽ biến dạng cơ học, nguyên tử lạ sẽ trà trộn vào kim loại.
– Những electron tự do là các hạt mang điện trong kim loại. Vì electron có mật độ cao vì thế nó dẫn điện khá tốt. Hầu hết các tính chất quan trọng của dòng điện trong kim loại sẽ được tổng hợp từ thuyết electron.
>>> Tóm lại dòng điện trong kim loại sẽ di dời theo hướng của electron tự do bởi tác dụng của điện trường.
Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Điện trở suất p của kim loại thường tăng theo nhiệt độ gần đúng ở hàm bậc nhất:
p = ρ0 [1 + α [ t – t0]]
Trong đó:
– ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC
– ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC
– α là hệ số nhiệt điện trở [K-1]
Hệ số nhiệt điện trở ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn dựa vào độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.
Hiện tượng siêu dẫn
Nếu nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim sẽ cũng giảm theo. Tới 0ok, điện trở kim loại sạch sẽ cực nhỏ.
Trong một số kim loại và hợp kim, nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn tc, điện trở suất sẽ giảm xuống bằng 0. Lúc này vật liệu đang ở trạng thái siêu dẫn.
Ứng dụng:
– Những từ trường mạnh sẽ tạo từ các cuộn dây siêu dẫn
– Dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng sẽ biến mất
Hiện tượng nhiệt dẫn
Khi hàn 2 đầu dây kim loại với nhau thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của mỗi dây sẽ khác nhau, ở mạch sẽ xuất hiện một suất điện động.
E = αT[ t1 – t2 ]
Trong đó:
– t1: Nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao [K]
– t2: Nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp [K]
– αT là hệ số nhiệt điện động [V/K]
Ứng dụng: Sản xuất cặp nhiệt điện nhằm đo nhiệt độ.
Theo thuyết Electron, khi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, chuyển động nhiệt Electron sẽ khiến một phần Electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Lúc này đầu nóng sẽ tích điện dương và đầu lạnh tích điện âm.
Nếu ở đầu nóng và lạnh có hiệu điện thế và ta lấy 2 dây kim loại khác nhau để hàn hai đầu thì hiệu điện thế của 2 dây sẽ không giống nhau.
Tình trạng này khiến mạch trong có suất điện động ξ. ξ gọi là suất điện động nhiệt, cùng với đó là 2 dây dẫn hàn 2 đầu có tên là cặp nhiệt điện.
ξ = αt[T1 – T2]
Trong đó:
– T1 – T2: Hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh
– αt: Hệ số nhiệt điện động, dựa vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
– Suất điện động nhiệt điện nhỏ nhưng vẫn hoạt động ổn định. Chính vì vậy, khi thí nghiệm, cặp nhiệt điện được sử dụng phổ biến để tính nhiệt độ.
Chắc hẳn qua những thông tin trên đã giúp bạn giải quyết được thắc mắc dòng điện trong kim loại là gì ? Hi vọng bài viết thật sự hữu ích với bạn. Chúc may mắn!