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.
Nội Dung Bài Viết:
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.
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:
