Dòng điện trong kim loại là gì?

Dòng điện trong kim loại là một bài tập vật lý học sinh lớp 11 thường gặp. Ta bắt gặp dòng điện trong kim loại được ứng dụng trực tiếp vào đời sống hàng ngày qua nhiệt kế; dây dẫn điện, tạo từ trường,… Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về khái niệm này nhé!

Lý thuyết dòng điện trong kim loại là gì?

• Kim loại là một chất dẫn điện tốt và có điện trở suất rất nhỏ. Dòng điện trong kim loại thực chất là sự dịch chuyển của các electron tự do.
• Dòng điện trong kim loại là gì? Chính là một dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do; dưới ảnh hưởng của điện trường. Hệ số của nhiệt điện trở không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ; mà nó còn phụ thuộc vào cả độ tinh khiết và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại sẽ giảm liên tục.

Lưu ý : Bài viết chia sẻ thông tin, bên mình không kinh doanh mặt hàng này, vui lòng không gọi điện, zalo hỏi hàng ! Xin cảm ơn

Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại:

– Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương.

Hình 1.1. Mạng tinh thể tạo bởi các ion dương sắp xếp có trật tự và các electron tự do chuyển động hỗn loạn

 

+ Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại.

 

+ Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.

– Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do.

– Điện trường E→ do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.

– Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do; là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.

– Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt.

⇒ Dòng điện trong kim loại là gì? Là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Điện trở suất (ρ) 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 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 phụ thuộc vào nhiệt độ; độ sạch và chế độ gia công của chính 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 T_c 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.

Hiện tượng nhiệt điện

– Nếu lấy hai dây kim loại khác nhau và hàn hai đầu với nhau; một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp thì hiệu điện thế giữa đầu nóng; và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, trong mạch có một suất điện động E. E gọi là suất điện động nhiệt điện và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu vào nhau gọi là cặp nhiệt điện.

Electron khuếch tán từ đầu nóng qua đầu lạnh làm đầu nóng tích điện dương

– Suất điện động nhiệt điện:

E = α_T(T₁ – T₂)

Trong đó:

+ T₁ là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K)

+ T₂ là nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)

+ α_T là hệ số nhiệt điện động (V/K)

– Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

Ứng dụng của hiện tượng nhiệt dẫn: Sản xuất cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ

Hiện tượng siêu dẫn

Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại sẽ giảm liên tục. Đến gần 0oK, điện trở của kim loại sạch sẽ rất nhỏ. Ở 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 này đang chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

Một số ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

+ Các từ trường mạnh được tạo ra từ các cuộn dây siêu dẫn

+ Khi dùng dây siêu dẫn để tải điện thì khấu hao năng lượng trên đường dây không còn nữa

Sơ đồ tư duy về dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là gì

Cách đo dòng điện

Trong một mạch điện và điện tử, đo dòng điện là một thông số thiết yếu cần được đo lường.

Một dụng cụ có thể đo cường độ dòng điện gọi là ampe kế . Để đo dòng điện ampe kế phải mắc nối tiếp với đoạn mạch có cường độ dòng điện cần đo.

Phép đo cường độ dòng điện qua điện trở bằng ampe kế được thể hiện trong hình dưới đây.