Việc tìm hiểu định nghĩa, bản chất, tác dụng của dòng điện trong kim loại có thể giúp chúng ta ứng dụng được chúng trong cuộc sống thực tế. Dưới đây, htsolarxanh sẽ chia sẻ với bạn tất tần tật những điều cần biết về dòng điện trong kim loại.
Nội dung bài viết
Định nghĩa dòng điện trong kim loại
Khái niệm dòng điện trong kim loại được đề cập tới trong sách giáo khoa lớp 11. Theo đó, dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Nó được tạo ra do sự chênh lệch nghịch nhau giữa hai đầu điện thế.
Khi các electron chuyển động tự do có hướng, chúng sẽ va chạm với các ion ở nút mạng và tạo ra điện trở trong kim loại. Điện trở của kim loại sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tinh khiết và chế độ gia công của vật liệu đó.
Chiều của dòng điện trong kim loại ngược với chiều của dòng các electron tự do.
Bản chất của dòng điện trong kim loại
Các nguyên tử trong kim loại bị mất electron sẽ biến thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau tạo thành mạng lưới tinh thể. Các electron tự do là các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử và có mật độ bằng n. Khi các electron tự do chuyển động hỗn loạn, tạo ra khối khí electron tự do. Tuy nhiên, lúc này, chưa có dòng điện nào được sinh ra.
Điện trường khiến các electron tự do trong kim loại dịch chuyển có hướng, từ đó, sinh ra dòng điện. Sự mất trật tự trong kim loại làm các electron tự do va chạm các ion ở nút mạng, gây cản trở chuyển động. Hiện tượng này sinh ra điện trở.
Điện trở của kim loại là chỉ số có thể thay đổi bởi nó phụ thuộc vào độ tinh khiết, chế độ gia công của vật liệu. Điện trở cũng bị tác động bởi nhiệt độ. Nhiệt độ giảm thì điện trở cũng giảm theo.
Các tác dụng của dòng điện trong kim loại
Hiện tượng siêu dẫn
Hiện tượng siêu dẫn xảy ra khi nhiệt độ giảm, điện trở suất trong kim loại giảm xuống gần bằng 0 độ K. Lúc đó, điện trở trong kim loại rất bé. Người ta ứng dụng hiện tượng siêu dẫn của dòng điện trong kim loại để tạo ra các cuộn dây siêu dẫn hoặc làm dây siêu dẫn có thể tải điện trong tương lai.
Hiện tượng nhiệt điện
Ngoài hiện tượng siêu dẫn, dòng điện trong kim loại còn có hiện tượng nhiệt điện. Đó là sự chênh lệch về nhiệt độ giữa hai đầu mối hàn kim loại, sinh ra hiệu điện thế từng dây là khác nhau. Hiện tượng nhiệt điện được ứng dụng để tạo ra cặp nhiệt điện đo nhiệt độ.
Công thức tính điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ
Điện trở suất của kim loại được tính theo công thức sau đây:
ρ = ρ0[1 + α(t – t0)]
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)
Công thức tính suất điện động nhiệt điện
Suất điện động nhiệt điện được tính theo công thức sau đây:
E = αT(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)
+ αT là hệ số nhiệt điện động (V/K)
