[ Vật lý 11 ] Dòng điện trong kim loại là gì? Đặc điểm – Ứng dụng

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:

• Điện thế và hiệu điện thế
• Từ trường là gì? Đường sức từ, cảm ứng từ, từ trường đều

Dòng điện trong kim loại là gì?

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 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 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:

• ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ t0oC
• ρ là điện trở suất ở nhiệt độ toC
• α là hệ số nhiệt điện trở (K-1)

– 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:

• T1 – T2: Hiệu nhiệt độ giữa 2 đầu là đầu nóng và đầu lạnh
• αT: Hệ số nhiệt điện động

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.

• 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.

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.