Dòng điện trong kim loại là dòng điện chuyển dịch có hướng của các electron tự do ngược chiều. Để giúp bạn đọc có thêm kiến thức đầy đủ về các hiện tượng vật lý, những lý thuyết cơ bản nhất cũng như công thức và bài tập để phục vụ cho công việc, đời sống lẫn nghiên cứu hằng ngày. Bài viết hôm nay chúng tôi muốn giới thiệu đến bạn về Khái niệm dòng điện trong kim loại, các công thức liên quan và bài tập. Hãy cùng chúng tôi tham khảo nhé!
Contents
Dòng điện kim loại là gì?
Các electron tự do có dòng chuyển dời là có hướng chịu tác động trực tiếp của điện trường thì được gọi là dòng điện kim loại. Theo đó, các dòng chuyển dịch mang hướng của các electron tự do ở trong các thanh kim loại khi hai đầu của điện thế có sự chênh lệch và đối nghịch với nhau.
Các electron di chuyển tự do và va chạm với các ion ở nút mạng sẽ tương tự như truyền động năng qua chúng. Dây dẫn kim loại loại sẽ bị gây ra điện trở do sự va chạm này. Nhiệt độ, trạng thái gia công và độ tinh khiết của vật liệu đó nhân tố ảnh hưởng đến điện trở. Theo đó, điện trở suất của kim loại sẽ bị giảm theo khi nhiệt độ giảm xuống.
Chiều dịch chuyển của các loại điện tích dương là chiều quy ước của dòng điện. Chiều dịch chuyển các electron tự do có chiều ngược với chiều của dòng điện trong kim loại.
Bản chất của dòng điện trong kim loại
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại:
- Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị trở thành các ion dương.
- Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại.
- Các ion dương dao động nhiệt, xung quanh nút mạng.
- Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn thành khí electron tự do.
- Điện trường E do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện.
- Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ các nguyên tử electron thường rất cao nên kim loại trở thành loại dẫn điện tốt.
Tóm lại là, 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
Khi nhiệt độ tăng, các ion kim loại ở nút mạng tinh thể dao động mạnh. Do vậy, các mạng tinh thể kim loại không sắp xếp theo trình tự thường tăng lên theo thời gian. Điều này khiến cho sự cản trở chuyển động của các electron tự do. Do đó, chúng ta có thể khẳng định rằng, khi nhiệt độ ngày càng tăng lên thì điện trở suất của kim loại cũng tăng lên lên khiến cho điện trở của kim loại lại tăng lên.
Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ được xác định theo công thức dưới đây:
ρ = ρo[1 + α(t – to)]
Cụ thể:
- ρo là điện trở suất ở nhiệt độ to℃
- ρ là điện trở suất ở nhiệt độ to℃
- α là hệ số nhiệt điện trở
=> Hệ số nhiệt điện trở không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của chính vật liệu đó.
Một số ứng dụng của dòng điện trong kim loại
Dưới đây là một số ứng dụng của dòng điện trong kim loại mà bạn nên biết, cụ thể:
- ứng dụng trong quá trình tạo ra nam châm điện mà không hao phí năng lượng toả nhiệt vì có từ trường mạnh.
- Sử dụng trong quá trình chế tạo máy MRI để phục vụ nhu cầu trong lĩnh vực y học
- Chế tạo máy gia tốc với công suất mạnh
- Ngoài ra, dòng điện trong kim loại còn được ứng dụng phổ biến trong máy tính điện tử siêu tốc với chức năng ngắt mạch điện từ.
Cách để tạo ra dòng điện
Để tạo ra dòng điện điện chạy trong kim loại bạn có thể áp dụng một số cách làm dưới đây:
- Giữa 2 điểm cần tồn tại một sự khác biệt nên nếu 2 điểm trong một đoạn mạch, có cùng hiệu điện thế thì dòng điện sẽ không chạy qua.
- Nguồn dòng điện hoặc điện áp sẽ ép các electron tự do để tạo thành dòng điện
- Một dây dẫn hoặc 1 vật dẫn mang điện
- Một mạch phải được hoàn thành hoặc đóng, dòng điện không thể chạy qua nếu mạch điện bị hở.
Bài tập về dòng điện trong kim loại
Câu 1: Điện trở sẽ thay đổi như thế nào khi nhiệt độ kim loại tăng lên?
Câu 2: Khi chiều dài của khối kim loại đồng nhất tiết diện đều tăng 2 lần thì điện trở suất kim loại sẽ thay đổi như thế nào?
Với những thông tin mà chúng tôi vừa mới cung cấp đến bạn trong bài đọc về Dòng điện trong kim loại là gì? Lý thuyết, công thức, bài tập hy vọng sẽ giúp bạn trang bị thêm kiến thức về lĩnh vực này. Nếu bạn cần thêm sự hỗ trợ, bạn có thể liên hệ trực tiếp với chúng tôi ngay sau bài viết này nhé.
