I. Bản chất của dòng điện trong kim loại
- Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của các electron tự do trong kim loại rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt
- Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron dưới tác dụng của điện trường.
- Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm cho điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Đến gần 0oK, điện trở của kim loại rất nhỏ.
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:
\[\rho = {\rho _0}\left[ {1 + \alpha \left[ {t - {t_0}} \right]} \right]\]
Trong đó:
+ ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC [thường ở 20oC]
+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC
+ α là hệ số nhiệt điện trở [K-1]
- Hệ số nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.
III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp
- Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.
- Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
- Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:
+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.
+ Dự kiến dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.
IV. Hiện tượng nhiệt điện
- Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy, nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một phần êlectron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.
- Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất điện động ξ. ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện:
ξ = αt[T1 – T2]
Trong đó:
+ T1 – T2 là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh
+ αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
- Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.
Dòng điện trong kim loại là gì?- Hiện tượng siêu dẫn:
- Hiện tượng nhiệt điện:
Dòng điện trong kim loại là gì? Có thể bạn chưa biết nhưng dòng điện kim loại ngày nay đã được ứng dụng trực tiếp vào trong đời sống của chúng ta như nhiệt kế, dây dẫn, điện từ trường,… Hãy cùng tìm hiểu dòng điện kim loại là gì? qua bài viết này nhé.
1. Dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện kim loại là một dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do bị tác động bởi điện trường. Khi hai đầu của điện thế có sự chênh lệch nghịch nhau sẽ tạo ra các dòng chuyển dịch mang hướng của các electron tự do ở trong các thanh kim loại.
Khi chuyển động, các electron di chuyển tự do và va chạm với các icon 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 có thể phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tinh khiết và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại sẽ giảm theo.
Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. Chiều của dòng điện trong kim loại sẽ ngược với chiều dịch chuyển các electron tự do.
2. Bản chất của dòng điện trong kim loại
Trong kim loại, khi các nguyên tử bị mất đi electron sẽ biến thành các ion dương. Các ion này sẽ liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới tinh thể một cách trật tự. Một khi mạng lưới tinh thể này mất trật tự sẽ khiến sự chuyển động của các ion càng mạnh mẽ.
Các electron hóa trị có xu hướng tách khỏi nguyên tử và biến thành các electron tự do với mật độ bằng n không thay đổi. Khi đó các electron sẽ không ngừng chuyển động hỗn loạn và tạo ra được khối khí electron tự do. Và không sinh dòng điện nào khác.
Điện trường của dòng điện được sinh ra bởi nguồn điện khi khối khí electron được đẩy ngược theo chiều điện trường. Sự mất trật tự trong kim loại sẽ cản trở sự chuyển động của các electron tự do và gây ra điện trở.
Điện trở rất nhạy cảm khi tinh thể do biến dạng cơ học và bị lẫn những nguyên tử lạ vào trong kim loại sẽ khiến điện trở thay đổi.
3. Sự phụ thuộc của điện trở suất trong kim loại.
Điện trở suất ρρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :
ρ=ρ0[1+α[t−t0]]ρ=ρ0[1+α[t−t0]]
Trong đó:
ρ0: là điện trở suất ở nhiệt độ t℃ [ thường ở 20℃]
ρ: là điện trở suất ở nhiêt độ t℃
α : Hệ số nhiệt điện trở, đơn vị K-1 phụ thuộc
Hệ số nhiệt điện trở còn phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.
Hiện tượng siêu dẫn:
Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại cũng sẽ giảm theo. Giảm xuống đến gần O độ K, lúc này điện trở của kim loại sẽ rất bé. Đối với một số kim loại và hợp kim khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Tc thì đột ngột điện trở sẽ trở về 0. Trạng thái này được gọi là trạng thái siêu dẫn.
Một số ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:
- Từ trường mạnh có thể tạo ra từ các cuộn dây siêu dẫn.
- Trong tương lai , dây siêu dẫn có thể tải điện, Trên đường dây không năng lượng không bị tổn thất và hao hụt.
Hiện tượng nhiệt điện:
Nếu hai dây kim loại khác nhau, hàn hai đầu với nhau. Một mối hàn có nhiệt độ cao, mối còn lại sẽ giữ nhiệt độ thấp. giữa hai đầu nóng và lạnh sẽ sinh ra hiệu điện thế ở từng dây không giống nhau. Trong mạch có một suất điện động E và được gọi là suất điện động nhiệt điện. Hai dây dẫn được gọi là cặp nhiệt điện.
Suất điện động nhiệt điện được tính bằng:
E=aT[T1−−T2]E=aT[T1−−T2]
Trong đó, với
T1: Nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao [k]
T2: Nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp [k]
αT: He số nhiệt điện động [ V/K]
Ứng dụng sản xuất cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ.
Bài viết trên đã cung cấp các thông tin cần thiết về dòng điện trong kim loại là gì? hy vọng sẽ giúp các bạn hiểu hơn về chúng và áp dụng được trực tiếp vào trong đời sống.