Bản chất dòng điện trong kim loại là gì?

Khi nói về dòng điện trong kim loại sẽ được định nghĩa là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Hệ số nhiệt điện trở hầu như khá phụ thuộc vào tính chất nhiệt độ, độ sạch, quá trình gia công của chất liệu đó. Khi mà nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại giảm liên tục theo đó.

Về bản chất của dòng điện kim loại

– Các nguyên tử kim loại và các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các icon dương

+ Khi các ion dương này liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại

+ Chuyển động nhiệt ở các ion càng mạnh thì mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự

Khi các eclectron bị tác khỏi nguyên tử

Việc electron hóa trị tách khỏi nguyên tử và trở thành các nguyên tử electron tự do có mật độ n không đổi (n = hằng số). Khi đó sẽ chuyển động hỗn loạn tạo thành khí tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện.

Điện trường sinh ra do đâu?

Nguồn điện ngoài sinh ra sẽ tạo nên điện trường, chúng đẩy khú electron trôi ngược chiều của điện trường để tạo ra dòng điện

Electron mất trật tự do đâu?

Việc sảy ra mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do là nguyên nhân chính gây ra điện trở kim loại. Mất trật tự thường gặp là do chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể hay sự méo mó mạng tinh thể do biến dạng cơ học. Hoặc có thể là do các nguyên tử lạ lẫm hoạt động trong kim loại dẫn đến. Thông thường điện trở của kim loại rất nhạy cảm với các yếu tố trên.

Dựa trên thuyết electron về tính dẫn điện củ kim loại cho thất hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao cho nên các kim loại này dẫn điện rất tốt. Nhiều tính chât khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể suy ra từ thuyết này. Do vậy, dòng điện trong kim loại là loại chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

Sự phụ thuộc điện trở suất theo nhiệt độ

Trong một 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 t0oC (thường ở 20oC)
  • ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC
  • α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

Với hệ số nhiệt điện trở không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ nguyên chất của chất dẫn điện.

Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

Nếu như nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại cũng sẽ giảm theo. Có thể đến gần 0oK điện trở của kim loại sạch chúng đều rất bé.

Đối với một số kim loại cũng như hợp kim khác thì khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới giới gian Tc thì ở đó điện trở suất sẽ giảm đột ngột xuống bằng không. Lúc ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn điện.

Ứng dụng trong hiện tượng siêu dẫn

– Các cuộc dây siêu dẫn sẽ được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh

– Dự kiến dùng dây điện siêu dẫn để tải, tổn hao năng lượng trên dây dẫn không còn nữa.

Hiện tượng nhiệt điện

Khi nói về hiện tượng nhiệt điện thì nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của các electron tự do di chuyển từ đầu nóng về đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích đện dương còn đầu lạnh sẽ tích điện âm.

Giữa đầu nóng và đầu lạnh thì có hiệu điện thế sinh ra khi chúng dịch chuyển. Nếu lấy 2 kim loại khác nhau và hàn hai đầu này lại với nhau thì môt mối hàn ở giữa nhiệt độ cao còn một mối ở nhiệt độ thấp. Thì hiệu điện thế ở đầu nóng và lạnh từng dây không giống nhau, chúng sẽ có một suất điện động ξ.

 

ξ = αt(T1 – T2)

Trong đó:

  • ξ được ký hiệu là suất điện động nhiệt điện. Với hai bộ dây dẫn hàn ở đầu gọi là cặp nhiệt điện.
  • T1, T2 là hiệu điện thế ở đầu nóng và lạnh
  • αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của 2 lại vật liệu của cặp nhiệt điện.

Suất điện động nhiệt động ở đây tuy nhỏ nhưng nó rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm. Do đó, cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để do nhiệt độ khá tốt.

Với những kiến thức liên quan đến dòng điện trong kim loai mà chúng tôi tổng hợp được cho bạn. Hy vọng rằng có thể mang lại những kiến thức về bản chất dòng điện trong kim loại bổ ích đến với những ai đang tìm kiếm và cho các kỹ sư biết về về thông tin này.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *