Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?

Dòng điện trong kim loại là một kiến thức vật lý cơ bản và quan trọng trong chương trình phổ thông. Đồng thời, đây cũng là một hiện tượng có tính ứng dụng cao trong đời sống. Nhất là trong thời điểm khoa học – công nghệ phát triển rực rỡ như hiện nay. Trong số mới nhất ngày hôm nay, hãy cùng tìm hiểu về dòng điện trong kim loại là gì và ứng dụng của hiện tượng này nhé!
Dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện trong kim loại là gì?

Khái niệm dòng điện trong kim loại

Tìm hiểu về dòng điện trong kim loại
Tìm hiểu về dòng điện trong kim loại

Xem thêm: Công thức và định luật faraday về cảm ứng điện từ ⚡️

Dòng điện trong kim loại là gì? Dòng điện trong kim loại được hiểu là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới những tác động của điện trường. Nói một cách đơn giản thì khi có sự chênh lệch về điện thế giữa hai đầu nghịch nhau của kim loại sẽ tạo ra các dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do bên trong thanh kim loại. Đây cũng chính là điều kiện có dòng điện trong kim loại mà chúng ta đang tìm hiểu.

Ngoài ra, hệ số của nhiệt điện trở hoàn toàn không phụ thuộc vào yếu tố nhiệt độ. Điều này được quyết định dựa trên độ sạch của kim loại và cơ chế gia công của vật liệu đó. Các nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ giảm có khả năng kéo theo điện trở suất của kim loại giảm mạnh.

Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?

Bản chất của dòng điện trong kim loại là những thông tin quan trọng để ứng dụng những lý thuyết này vào thực nghiệm và đời sống. Những tính chất ấy được thể hiện như sau:

Sự dịch chuyển của các hạt electron trong kim loại
Sự dịch chuyển của các hạt electron trong kim loại

Xem thêm: Hiện tượng quang điện là gì? L.T Hiện tượng quang điện trong và ngoài ☢

  • Trong kim loại, khi bị mất electron, các nguyên tử nhanh chóng biến đổi thành những ion mang điện dương. Các ion dương sẽ kết hợp lại với nhau thành một mạng lưới tinh thể, có trật tự bên trong kim loại. Sự chuyển động của các ion càng mạnh cho thấy mạng lưới tinh thể dần trở nên mất trật tự.
  • Những electron có hóa trị có xu hướng tách khỏi nguyên tử ban đầu. Đồng thời biến thành những electron với mật độ n không thay đổi. Các electron này liên tục chuyển động hỗn loạn, không theo một trật tự nào để tạo ra những khối khí electron tự do. Đồng thời không sinh ra bất kỳ dòng điện nào trong toàn bộ thể tích của khối vật liệu kim loại.
  • Điện trường được tạo ra bởi nguồn điện. Khối khí electron được đẩy ngược theo chiều của điện trường. Từ đó sinh ra dòng điện trong kim loại.
  • Nguyên nhân gây ra điện trở trong kim loại chính là sự mất trật tự của mạng lưới các tinh thể, đồng thời cản trở sự chuyển động của những electron tự do. Điện trở rất nhạy cảm với một số yếu tố, chẳng hạn như sự biến (méo) dạng tinh thể do cơ học, xuất hiện nguyên tử lạ lẫn trong kim loại và quá trình chuyển động nhiệt của các ion trong mạng lưới tinh thể.
  • Theo thuyết electron về tính chất dẫn điện của các vật liệu kim loại. Những hạt có khả năng tải điện trong kim loại là electron tự do. Mất độ cao những hạt electron tự do đem đến khả năng dẫn điện cực tốt cho kim loại. Thuyết này cũng đề cập đến các tính chất khác của dòng điện trong kim loại.

Sự phụ thuộc của điện trở suất theo nhiệt độ

Sự dịch chuyển của các hạt electron trong kim loại
Sự dịch chuyển của các hạt electron trong kim loại

Xem thêm: Dòng điện trong chất bán dẫn là gì? Bản chất và ứng dụng ⚡️

Thí nghiệm dòng điện trong kim loại cho thấy, điện trở suất p của kim loại tăng lên theo nhiệt độ và gần tương đương với hàm bậc nhất. Ta có:

ρ = ρ0 [1 + ∝(t – t0)]

Trong đó:

ρ là điện trở suất khi nằm ở nhiệt độ t độ C

ρ0 là điện trở suất khi ở nhiệt độ  t0 độ C

∝ là hệ số của điện trở với K-1

  • Điện trở suất của kim loại giảm liên tục khi nhiệt độ giảm. Khi đến gần hơn với 0 độ K, điện trở của kim loại sạch thực chất đều rất nhỏ.
  • Đối với một số kim loại và hợp kim, điện trở suất có xu hướng đột ngột giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ xuống thấp hơn so với nhiệt độ tới hạn là Tc. Các nhà khoa học nhận định, các loại vật liệu đó đã chuyển sang một trạng thái khác có tên là siêu dẫn.
  • Hiện tượng siêu dẫn có rất nhiều ứng dụng. Những cuộn siêu dẫn được sử dụng nhiều trong lĩnh vực máy móc, công nghệ nhờ khả năng tạo ra từ trường cực mạnh. Nếu vật liệu siêu dẫn được sử dụng để tải điện thì những tổn thất năng lượng trên đường dây sẽ không còn nữa.

Trên đây là bài viết của chúng tôi về dòng điện trong kim loại là gì. Cảm ơn các bạn đã theo dõi! Chúc các bạn một ngày tốt lành!

Trả lời

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