Khái niệm dòng điện trong kim loại là gì nguyên lý hoạt động của chúng

Mục Lục

Dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là gì ? Ta bắt gặp dòng điện trong kim loại được ứng dụng trực tiếp vào đời sống hàng ngày qua nhiệt kế, dây dẫn điện, tạo từ trường,… Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về khái niệm này nhé!

Khái niệm dòng điện trong kim loại

Đây là dòng dịch chuyển có hướng của những electron tự do nhờ tác dụng của điện trường. Hệ số nhiệt điện trở sẽ dựa vào yếu tố nhiệt độ, độ sạch và chế độ gia công. Nếu nhiệt độ giảm điện trở suất kim loại sẽ giảm.

Bản chất của dòng điện trong kim loại

– trong kim loại,những nguyên tử mất electron hóa trị sẽ biến thành ion dương. Các ion sẽ liên kết với nhau theo trật tự và tạo ra mạng tinh thể kim loại. Nếu nhiệt của ion mạnh, tinh thể sẽ mất trật tự.

– Electron hóa trị sẽ tách khỏi nguyên tử để trở thành electron tự do. Sau đó nó dịch chuyển hỗn loạn sinh ra khí electron tự do, những thành phần này sẽ chiếm toàn bộ thể tích khối kim loại mà không sản sinh ra bất kỳ dòng điện nào.

– Phần điện trường sẽ được sinh ra nhờ nguồn điện và đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường để tạo dòng điện.

– Điện trở kim loại có được là do mất trật tự mạng tinh thể, làm cản trở chuyển động electron tự do. Sự mất trật tự này là chuyển động nhiệt của các ion, méo mạng tinh thể sẽ biến dạng cơ học, nguyên tử lạ sẽ trà trộn vào kim loại.

– Những electron tự do là các hạt mang điện trong kim loại. Vì electron có mật độ cao vì thế nó dẫn điện khá tốt. Hầu hết các tính chất quan trọng của dòng điện trong kim loại sẽ được tổng hợp từ thuyết electron.

Tóm lại dòng điện trong kim loại sẽ di dời theo hướng của electron tự do bởi tác dụng của điện trường.

Tìm hiểu thêm : đồng hồ đo áp suất ,đồng hồ đo áp lực

Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ

Điện trở suất (ρ) của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo 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.

Hiện tượng siêu dẫn trong kim loại

khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim sẽ cũng giảm theo. Tới ok, 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:

– Những từ trường mạnh sẽ tạo từ các cuộn dây siêu dẫn

– Dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng sẽ biến mất

Hiện tượng nhiệt dẫn trong kim loại

Nếu bạn lấy hai dây kim loại khác nhau, sau đó hàn hai đầu với nhau, một mối hàn giữ ở nhiệt độ cao, một mối hàn giữ ở nhiệt độ thấp, thì hiệu điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng dây sẽ không giống nhau, trong mạch sẽ xuất hiện một suất điện động.

Suất điện động nhiệt điện: 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)

Ứng dụng của hiện tượng nhiệt dẫn: Sản xuất cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ

Điện trở kim loại ở nhiệt độ thấp

Nếu nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại sẽ liên tục giảm. Đến 0ok điện trở kim loại sạch sẽ rất nhỏ.

Ở 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 đã chuyển qua trạng thái siêu dẫn.

Ứng dụng:

– Dây siêu dẫn tạo từ trường cực mạnh

– Trong tương lai, dây siêu dẫn sẽ tải điện và tổn hao năng lượng ở đường dây.

Sự xuất hiện nhiệt điện

Theo thuyết Electron, khi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, chuyển động nhiệt Electron sẽ khiến một phần Electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Lúc này đầu nóng sẽ tích điện dương và đầu lạnh tích điện âm.