Kim loại là một trong những vật liệu có khả năng dẫn điện khá tốt. Tùy vào đặc điểm cũng như tính chất của mỗi loại kim loại, khả năng dẫn điện của chúng sẽ có sự khác biệt nhất định. Vậy dòng điện trong kim loại là gì? Điện trở suất có ảnh hưởng như thế nào tới khả năng dẫn điện của kim loại? Để có thêm cho mình những thông tin hữu ích, chúng ta cùng đi vào tìm hiểu rõ hơn qua những chia sẻ trong bài viết dưới đây nhé! Show
Dòng điện trong kim loại là gì? Những thông tin cần biết về dòng điện trong kim loại Đặc điểm của dòng điện trong kim loạiDòng điện trong kim loại được hiểu là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới sự tác động của điện trường. Chính sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hai đầu là điều kiện tạo nên các dòng chuyển dịch của các electron tự do bên trong thanh kim loại. Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, chúng ta có những nhận định sau:
Mô hình cấu trúc tinh thể trong kim loại đồng Điện trở suất trong kim loại là gì? Các yếu tố tác độngĐiện trở suất là một trong những yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn điện cũng như cường độ dòng điện trong kim loại. Giá trị này thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Dưới đây là định nghĩa cũng như công thức tính điện trở suất của kim loại mà bạn có thể tham khảo! Điện trở suất là gì?Điện trở suất được hiểu là một đại lượng đặc trưng, nói lên khả năng cản trở dòng điện của một vật liệu nào đó. Những vật liệu có điện trở suất cao thường được chọn làm vật liệu cách điện, còn chất có điện trở suất thấp được dùng làm vật liệu dẫn điện. Về mặt bản chất, điện trở suất phản ánh khả năng cản trở sự dịch chuyển của các hạt mang điện. Đại lượng này có đơn vị Ohm.met (Ω.m). Mối quan hệ giữa điện trở suất đối và nhiệt độĐiện trở suất và nhiệt độ có sự liên quan rất lớn. Thông thường, các vật có cấu tạo từ kim loại sẽ có điện trở suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Những vật liệu bán dẫn, điện trở suất lại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì điện trở suất của vật đó càng thấp. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ, được xác định bằng công thức: ρ = ρ0[1 + α(t – t0)] Trong đó:
Khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống đến giá trị Tc nhất định, điện trở suất của vật liệu đó sẽ giảm đột ngột xuống giá trị 0. Hiện tượng này được người ta gọi là hiện tượng siêu dẫn. Trong trạng thái siêu dẫn, từ trường bị đẩy ra khỏi vật liệu siêu dẫn khi ở nhiệt độ thấp, không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật liệu đó ở nhiệt độ phòng. Người ta sử dụng hiện tượng này để tạo ra từ trường mạnh dùng để chế tạo máy gia tốc mạnh, máy đo điện trường chính xác, máy quét MRI trong y học,...
Bảng biểu thị mối quan hệ giữa điện trở với nhiệt độ Trên thực tế, điện trở suất của các vật liệu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như cơ chế tán xạ của điện tử trong vật liệu (tán xạ trên phono, tán xạ sai hỏng, tán xạ trên spin,...) hay mật độ điện tử tự do trong chất,... Một số đại lượng khác của điện trở suấtNgoài ra khi tìm hiểu về điện trở suất trong kim loại cũng như các vật liệu khác nhau, điện trở suất mật độ hay điện trở suất phức cũng là những đại lượng quan trọng giúp người dùng có thể dễ dàng đánh giá về khả năng dẫn và truyền điện của kim loại.
Tích điện trở suất mật độ cũng là một đại lượng khá quan trọng khi tìm hiểu về khả năng dẫn điện trên kim loại. Thông qua đó người dùng có thể làm cho dây dẫn dày và to hơn mà điện trở suất vẫn tương đương. Dựa trên tích điện trở suất mật độ người dùng có thể chọn tiết diện của dây dẫn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng cũng như tiết kiệm chi phí lắp đặt. Tích điện trở suất mật độ trên một số kim loại nổi bật như sau:
Như vậy bạc là một kim loại có khả năng dẫn điện tốt nhưng mật độ cao. Do đó nếu sử dụng bạc làm dây dẫn, tiết diện dây rất dày và nặng. Bên cạnh đó giá trị điện trở suất của nhôm truyền xa hơn so với đồng (nhôm nhẹ hơn), vì vậy mà nhôm được sử dụng phổ biến để làm vậy liệu dây dẫn điện. Trong phân tích phản ứng các loại vật liệu với dòng điện xoay chiều hay trong ứng dụng cắt lớp trở kháng, việc thay thế suất điện trở bằng các đại lượng phức (tổng của 2 đại lượng) là điều cần thiết. Ứng dụng của dòng điện trong kim loại đối với cuộc sống hiện nayDựa vào tính chất cũng như những thông tin về dòng điện trong kim loại, nó hiện đang được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực. Phổ biến nhất có lẽ là tạo nam châm nhờ từ trường mạnh, không gây tỏa nhiệt khi hoạt động. Vậy dòng điện trong gia đình là gì?Hiện chúng ta đang có những dòng điện như sau: điện 1 pha, điện 2 pha và điện 3 pha. Vậy điện gia đình là loại mấy pha. Câu trả lời đó chính là điện 1 pha: Đây là dòng điện xoay chiều có công suất nhỏ và không thể truyền đi xa nên là loại điện phù hợp nhất để sử dụng trong gia đình. Điện 1 pha sẽ có hiệu điện thế là 220V ở tại Việt Nam. Còn ở 1 số quốc gia khác thì có thể sẽ thấp hơn: 110V, 120V... Ở Việt Nam, nếu như bị mất điện thì các hộ gia đình cũng hoàn toàn có thể tạo ra dòng điện 1 pha để cấp cho gia đình của mình bằng cách sử dụng những chiếc máy phát điện mini gia đình hoặc máy phát điện công suất lớn. Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu rõ hơn về dòng điện trong kim loại là gì? Cũng như ứng dụng và giá trị điện trở suất tương ứng trong kim loại. Hy vọng những chia sẻ được tổng hợp trong bài viết trên đây có thể đưa đến cho bạn những thông tin hữu ích trong quá trình tìm đọc về khả năng dẫn điện của kim loại hoặc chọn lựa vật liệu cách điện phù hợp. Dòng điện trong kim loại là gì? Vậy thì ngay sau đây bạn hãy cùng với chúng tôi đi tìm hiểu về dòng điện trong kim loại này trong bài viết sau đây của chúng tôi nhé. Tham khảo: Khái niệm của dòng điện trong kim loại– Dòng điện trong kim loại chính là dòng chuyển dời có hướng của các Êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường. Hệ số của nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ. Mà còn phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục. Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?– Theo thuyết Êlectron về tính dẫn điện của kim loại, ta có: + Trong vật liệu kim loại, các nguyên tử bị mất Êlectron hoá trị sẽ trở thành các ion dương.
+ Các Êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử để trở thành các Êlectron tự do với mật độ không đổi, sau đó chuyển động một cách hỗn loạn tạo thành khí Êlectron 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 Êlectron trôi ngược hướng với chiều điện trường và sinh ra dòng điện. + Chuyển động của Êlectron 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 Êlectron 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 dòng chuyển dời có hướng của các Êlectrontự 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– Điện trở suất p của kim loại thường tăng theo nhiệt độ gần đúng ở hàm bậc nhất: p = ρ0 [1 + α ( t – t0)] => Trong đó:
– Hệ số nhiệt điện trở ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn dựa vào độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. – Suất điện động của cặp nhiệt điện được xác định bởi công thức: E = αT(T1 – T2) => Trong đó:
Hiện tượng siêu dẫn– Nếu nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim sẽ cũng giảm theo. Tới 0ok, điện trở kim loại sạch sẽ cực nhỏ. – Trong một số kim loại và hợp kim, nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn tc, điện trở suất sẽ giảm xuống bằng 0. Lúc này vật liệu đang ở trạng thái siêu dẫn. 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.
Ứng dụng về 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. |
