Tại sao dây dẫn điện được làm bằng đồng? Hãy cùng Lecttr tìm hiểu nhé!

Bản chất của dòng điện trong kim loại

Cấu trúc mạng tinh thể

  • Kim loại có cấu trúc tạo đa tinh thể.
  • Các ion dương dao động cố định xung quanh nút mạng.
  • Các electron chuyển động xung quanh nút mạng có thể thoát ra khỏi liên kết với ion tạo thành các electron tự do

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại

  • Trong kim loại các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành ion dương.
  • Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành electron tự do với mật độ n không đổi (n = hằng số).
  • Điện trường \( \vec{E} \) 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 cả trở chuyển động của electron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại.
  • Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt.

Định nghĩa

Dòng điện trong kim loại 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

  • Điện trở suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của mỗi chất.
  • Chất có điện trở suất thấp sẽ dễ dàng cho dòng điện truyền qua (chất dẫn điện) và chất có điện trở suất lớn sẽ có tính cản trở dòng điện lớn (chất cách điện).
  • Điện trở suất nói lên tính cản trở sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện của mỗi chất.
  • Đơn vị: Ωm.

Sự phụ thuộc của điện trở suất

  • Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng đúng theo hàm bậc nhất

ρ=ρ0.[1+α.(tt0)]

  • Trong đó:
    • ρρ0 lần lượt là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ t, t0.
    • α: hệ số nhiệt điện trở (K-1).
    • Giá trị α, ρ0 của một số kim loại được ghi trên bảng 13.1.

Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn

  • Khi nhiệt độ giảm, mạng tinh thể càng bớt mất trật tự nên điện trở suất của kim loại càng giảm.
  • Một số kim loại như Hg, Pb, … một số hợp kim Nb3Ge, Nb3Sn,.. và một số oxit kim loại khi ở nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ Tc tới hạn nào đó thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0 ta nói rằng vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.
  • Nhiệt độ giới hạn của một số chất siêu dẫn:

  • Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất của một số chất giảm đột ngột bằng 0 khi nhiệt độ giảm xuống đến một giá trị tới hạn.

  • Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:
    • Các cuộn dây siêu dẫn dùng để tạo ra từ trường mạnh.
    • Trong tương lai dự kiến sẽ dùng dây siêu dẫn tải điện , sự tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

Hiện tượng nhiệt điện

  • Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại còn cho thấy, nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của electron sẽ làm cho một phần electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh.
  • Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.
  • Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế nào đấy. Nếu lấy hai dây kim loại khác loại nhau và hán hai đầu với nhau, một mối hàn giữa ở nhiệt độ cao, một mối hàn ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế ở đầu nóng và đầu lạnh của từng dây không giống nhau, khiến trong mạch có một suất điện động ξ.
  • ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện.
  • Công thức:
ξ = αt(T1 – T2)
  • Chú thích:
    • T1 – T2 là hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh.
    • αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện.
  • Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.

Người đóng góp
Comments to: Bài 13: Dòng điện trong kim loại