Tìm hiểu: Định nghĩa, tính chất, đặc điểm của dòng điện trong kim loại

9 Tháng Một, 2021 0 lượt xem 0 Tuyen TB

Ở chương trình giáo dục cấp THCS, chúng ta đã được làm quen với khái niệm: dòng điện trong kim loại là gì lớp 7. Đến bậc THPT, đơn vị kiến thức này được làm rõ hơn qua bài Dòng điện trong kim loại Vật lý 11. Qua bài viết sau đây, cùng ôn lại định nghĩa dòng điện trong kim loại là gì, nguyên nhân gây ra và bản chất của dòng điện trong kim loại nhé!

Định nghĩa dòng điện trong kim loại là gì?

Hiểu rõ được khái niệm thì mới biết được đặc điểm và bản chất của dòng điện trong kim loại là gì. Khái niệm về dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do chịu tác dụng của điện trường. Hệ số của nhiệt điện trở không những chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn phụ thuộc cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

Dòng điện trong kim loai là gì ?

Dòng điện trong kim loai là gì ?

Nguyên nhân tạo ra dòng điện trong kim loại

Điều kiện có dòng điện trong kim loại là: Trong quá trình chuyển động, các electron tự do luôn va chạm với các ion dao động xung quanh vị trí cân bằng ở các nút mạng, sau đó truyền một phần động năng cho chúng. Sự va chạm này chính là nguyên nhân tạo ra điện trở cho dây dẫn kim loại và tác dụng nhiệt. Điện trở suất của kim loại sẽ tăng giảm tùy theo nhiệt độ.

Trong trường hợp khi nhiệt độ liên tục giảm xuống dưới nhiệt độ Tc nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim) sẽ giảm đột ngột cho đến giá trị bằng không. Hiện tượng trên được gọi với cái tên hiện tượng siêu dẫn.

Đặc điểm, tính chất của dòng điện trong kim loại

  1. Trong kim loại, nếu các nguyên tử bị mất electron hoá trị sẽ trở thành các ion dương.
Hình minh họa mạng tinh thể được tạo bởi các ion dương sắp xếp có trật tự và các electron tự do đang chuyển động hỗn loạn

Hình minh họa mạng tinh thể được tạo bởi các ion dương sắp xếp có trật tự và các electron tự do đang chuyển động hỗn loạn

  • Các ion dương này liên kết với nhau theo một trật tự nhất định để tạo nên mạng tinh thể kim loại.
  • Nếu chuyển động nhiệt của các ion này càng mạnh, mạng tinh thể sẽ càng trở nên mất trật tự.
Hình vẽ minh họa cấu trúc mạng tinh thể Đồng

Hình vẽ minh họa cấu trúc mạng tinh thể Đồng

  1. Các electron hóa trị được tách khỏi nguyên tử, trở thành các electron tự do với mật độ n không thay đổi (n là hằng số). Chúng chuyển động hỗn loạn và tạo thành khí electron tự do, chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra bất cứ dòng điện nào.
  2. Điện trường E sinh ra bởi nguồn điện ngoài. Điện trường di chuyển khiến khí electron bị đẩy trôi ngược với chiều điện trường và tạo ra dòng điện.
  3. Nguyên nhân gây ra điện trở kim loại chính là sự mất trật tự của mạng tinh thể gây ra cản trở các electron tự do chuyển động. Các loại mất trật tự thường gặp là sự chuyển động nhiệt của các ion có trong mạng tinh thể, mạng tinh thể bị bóp méo do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại. Điện trở của kim loại khá nhạy cảm với các yếu tố trên.
Đặc điểm của dòng điện trong kim loại

Đặc điểm của dòng điện trong kim loại

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại chỉ ra rằng hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất dày đặc, vì vậy kim loại có khả năng dẫn điện rất tốt. Các tính chất khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể được suy ra từ lý thuyết này.

Tóm lại, dòng điện trong kim loại chính là sự chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác động của điện trường. Nắm được kiến thức cơ bản này có thể dễ dàng trả lời các câu hỏi thực tế về dòng điện trong kim loại.

Một số ứng dụng của dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại được ứng dụng nhiều trong thực tế, cụ thể:

Ứng dụng của hiện tượng nhiệt điện:

  • Thiết bị máy lạnh áp dụng hiệu ứng nhiệt điện.
  • Nhiệt kế nhiệt điện 
  • Pin nhiệt điện.

Hiện tượng siêu dẫn

Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn trong thực tế chính là tàu chạy trên đệm từ hay còn gọi là tàu điện từ. Ngoài ra, còn một số các ứng dụng khác trong thực tế như việc tạo ra nam châm điện có từ trường mạnh mà không gây hao phí năng lượng do tỏa nhiệt.

Tàu đệm từ của Nhật với tốc độ 600 km/h

Tàu đệm từ của Nhật với tốc độ 600 km/h

Ngoài việc tìm hiểu nguyên nhân gây ra dòng điện trong kim loại thì bài viết đã giải đáp các câu hỏi thực tế về dòng điện trong kim loại. Hy vọng bạn đã nắm rõ đơn vị kiến thức cơ bản về khái niệm – bản chất và ứng dụng của dòng điện trong kim loại.

Bài viết liên quan