Dòng điện trong kim loại là gì

Dòng điện trong kim loại chính là một dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới ảnh hưởng của điện trường. Cùng Toploigiai tìm hiểu chi tiết hơn về dòng điện trong kim loại qua bài viết dưới đây nhé!

Dòng điện trong kim loại là gì ?

Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. 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. – Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục.

Bản chất của dòng điện trong kim loại

Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, ta có:

- Trong vật liệu kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị sẽ trở thành các ion dương.

- Các ion dương sẽ liên kết với nhau theo một trật tự để tạo nên mạng tinh thể kim loại.

- Chuyển động nhiệt của các ion càng mạnh thì mạng tinh thể sẽ càng dễ bị mất trật tự.

- Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử để trở thành các electron tự do với mật độ không đổi, sau đó chuyển động một cách hỗn loạn tạo thành khí electron tự do và chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại, đồng thời cũng không sinh ra dòng điện nào.

- Điện trường E do nguồn điện ngoài sinh ra sẽ đẩy khí electron trôi ngược hướng với chiều điện trường và sinh ra dòng điện.

- Khi mạng tinh thể mất trật tự, chuyển động của electron tự do bị cản trở. Đây chính là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Sự mất trật tự thường gặp là do chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể, sự méo của mạng tinh thể bởi những biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn vào trong kim loại. Chính vì vậy, điện trở của kim loại rất nhạy cảm với những yểu tố trên.

- Các hạt tải điện trong kim loại là electron tự do và vì mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. Đây chính là lý do vì sao kim loại có khả năng dẫn điện tốt.

Vậy bản chất của dòng điện trong kim loại là gì? Đó chính là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường dưới tác dụng của điện trường ngoài.

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:

Trong đó:

+ ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0^oC (thường ở 20^oC)

+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ t^oC

+ 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.

Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

– Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0^oK 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.

Ứng dụng của dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại có rất nhiều ứng dụng nhưng ứng dụng phổ biến nhất là chế tạo ra nam châm điện vì nó có từ trường mạnh mà không hao phí năng lượng do tỏa nhiệt.

Một số ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn

Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra từ trường rất mạnh và nó dùng trong ứng dụng cho đoàn tài chạy trên đệm từ

- Dự kiến dùng dây siêu dẫn để chuyển tải điện năng và hao tổn năng lượng trên đường dây không còn nữa.

- Dùng trong chế tạo máy gia tốc mạnh, máy đo điện trường chính xác, máy quét MRI dùng trong y học.

- Dùng là bộ phân ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc.