Dòng điện trong kim loại là gì? Đây là mảng nội dung kiến thức trọng tâm trong chương trình Vật lý mà các bạn học sinh cần nắm vững để hoàn thành các bài tập về điện trở và điện trở suất. Trong bài viết hôm nay, chúng tôi sẽ cùng bạn tổng hợp kiến thức trọng tâm xoay quanh chủ đề dòng điện trong kim loại này nhé!
Contents
Định nghĩa dòng điện trong kim loại là gì?
Theo định nghĩa, dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Theo đó hệ số nhiệt điện trở sẽ phụ thuộc vào các yếu tố nhiệt độ, độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất kim loại cũng bị giảm liên tục.
Bản chất của dòng điện trong kim loại
Để làm được bài tập về dòng điện trong kim loại. Dưới đây sẽ là những bản chất bạn cần hiểu về dòng điện kim loại:
- Những nguyên tử khi bị mất đi electron mang hóa trị trong kim loại sẽ trở thành các loại ion dương. Hệ thống những ion dương này sẽ có sự liên kết một cách trật tự. Từ đó tạo nên các mạng tinh thể trong kim loại. Trong trường hợp mạng tinh thể càng trở nên bị mất trật tự. Dẫn đến sự chuyển động các ion khi đó sẽ càng mạnh hơn.
- Những electron hóa trị sẽ bị tách khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do có mật độ hằng số (n) không đổi. Chúng sẽ chuyển động một cách hỗn loại để chiếm toàn bộ thể tích khối kim loại. Đồng thời không sinh bất kỳ dòng điện nào.
- Điều kiện để sinh ra dòng điện trong kim loại do nguồn điện ngoài từ điện trường được sinh ra. Đẩy khí electron ngược chiều với điện trường.
- Chuyển động của những hạt electron tự do sẽ bị cản trở bởi sự mất trật tự mạng tinh thể. Đây chính là nguyên nhân có điện trở trong kim loại. Sự mất trật tự một cách hỗn loại như thế này bởi chuyển động nhiệt các ion trong mạng tinh thế. Cùng sự biến dạng cơ học mạng tinh thế với các nguyên tủ lạ trong kim loại. Đây cũng là những yếu tố mà điện trở của kim loại rất nhạy cảm.
- Trong thuyết electron, tính dẫn điện của kim loại cho thấy. Những electron tự do chính là những hạt mang điện trong kim loại. Các electron có mật độ rất cao nên khả năng dẫn điện kim loại tốt. Nhiều tính chất quan trọng của dòng điện trong kim loại cũng có thể được suy ra được từ thuyết electron.
=> Như vậy, dòng diện trong kim loại chính là sự dịch chuyển có hướng của các hạt electron tự do dưới tác động trực tiếp của từ trường.
Tìm hiểu sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo điều kiện nhiệt độ
Thông qua những thí nghiệm về dòng điện trong kim loại. Các nhà khoa học Vật lý đã chứng minh được điện trở suất (p) trong kim loại tăng theo nhiệt độ. Gần đúng theo quy luật hàm bậc nhất:
ρ = ρ0[1 + α(t – t0)]. Trong đó các thông số gồm:
+ ρ0: Điện trở suất ở điều kiện nhiệt độ t 0◦C (thường ở 20 độ C)
+ ρ: Điện trở suất ở nhiệt độ t◦C
+ α: Hệ số nhiệt điện trở (K-1)
=> Theo đó hệ số nhiệt điện trở sẽ phụ thuộc vào 3 yếu tố gồm nhiệt độ, độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó.
Tìm hiểu hiện tượng siêu dẫn và ứng dụng
Nếu như nhiệt độ giảm dẫn đến điện trở suất kim loại bị giảm liên tục. Đến gần 0 độ K, điện trở kim loại sạch đều rất nhỏ.
Một số loại kim loại hay hợp kim khi mức nhiệt độ xuống thấp hơn nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất sẽ đột ngột bị giảm xuống bằng 0. Lý giải các chuyên gia đây là hiện tượng siêu dẫn. Thực tế, hiện tượng siêu dẫn được ứng dụng trong:
- Các cuộn dây siêu dẫn sẽ được sử dụng tạo ra từ trường mạnh
- Làm cuộn dây dẫn điện trong nam châm điện tạo được từ trường mạnh mà không làm hao phí năng lượng do bị tỏa nhiệt.
- Máy đo điện trường chính xác
- Máy quét MRI được sử dụng trong Y học.
Tìm hiểu hiện tượng nhiệt điện
Theo thuyết electron tính dẫn điện kim loại còn cho thấy. Trong trường hợp sợi dây kim loại có một đầu lạnh và một đầu nóng. Khi đó sự chuyển động nhiệt của electron sẽ làm một phần electron tự do đầu nóng dồn về đầu lạnh. Đầu lạnh sẽ tích có điện tích âm, đầu nóng điện dương.
Hiệu điện thế giữa đầu lạnh và đầu nóng của dân dẫn không giống nhau. Trong trường hợp lấy hai loại dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau. Một mối hàn ở giữa có nhiệt độ cao, một mối hàn có nhiệt độ thấp. Khi đó hiệu điện thế giữa hai đầu khác nhau dẫn đến mạch có một suất điện động nhiệt E. Trong đó E là suất điện động nhiệt điện và cặp nhiệt điện là bộ hai dây dẫn hàn được hàn hai đầu với nhau.
E= αt(T1 – T2). Trong đó các thông số gồm:
- (T1 – T2): Hiệu nhiệt điện giữa đầu nóng với đầu lạnh.
- αt: Hệ số nhiệt điện động. Thông số này sẽ phụ thuộc trực tiếp vào bản chất của các loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
- E: Suất điện động. Tuy nhỏ những rất ổn định theo điều kiện thí nghiệm nên được ứng dụng phổ biến để đo nhiệt độ.
Xoay quanh định nghĩa dòng điện trong kim loại là gì có rất nhiều dạng bài tập liên quan các bạn học sinh cần nắm vững. Hy vọng rằng, bài viết là những kiến thức trọng tâm giúp các bạn nắm vững về chủ đề này. Đừng quên có câu hỏi nào cần giải đáp. Hãy để lại qua phần bình luận dưới bài viết để được hỗ trợ nhé!
Tôi là Phạm Xuân Thanh – Tôi đã có kinh nghiệm hơn 3 năm review đánh giá về các loại máy móc công nghiệp, thiết bị vệ sinh công nghiệp, cách chăm sóc xe hơi. Tôi hy vọng những kiến thức mà tôi chia sẻ có thể giúp mọi người hiểu rõ hơn về các công dụng, chức năng của các loại thiết bị công nghiệp và các cách chăm sóc xe hơi này.
