Dòng điện trong kim loại là gì? Đặc điểm và ứng dụng

Dòng điện trong kim loại khái niệm không còn xa lạ trong giới chuyên môn. Tuy nhiên không phải ai cũng biết dòng điện trong kim loại có những ứng dụng gì trong cuộc sống? Cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết nhất về dòng điện trong kim loại trong bài viết dưới đây nhé!

Dòng điện trong kim loại là gì?

Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng nhất định của các electron tự do và được điện trường tác động. Khi 2 đầu điện thế có sự chênh lệch đối nghịch nhau sẽ tạo ra dòng chuyển dịch có hướng của electron tự do bên trong kim loại.

Khi các electron chuyển động tự do và xảy ra va chạm với ion ở nút mạng sau đó truyền động năng qua chúng. Sự va chạm này sẽ gây ra điện trở cho những dây dẫn kim loại. Hệ số của điện trở sẽ phụ thuộc vào độ tinh khiết, nhiệt độ, chế độ gia công của vật liệu. Điện trở suất kim loại sẽ giảm khi nhiệt độ bị giảm.

Dòng điện có chiều quy ước là chiều dịch chuyển của điện tích dương. Còn chiều của dòng điện trong kim loại sẽ ngược so với chiều di chuyển của electron tự do.

Dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện trong kim loại là gì?

Bản chất thật của dòng điện trong kim loại

Đối với dòng điện trong kim loại thì khi các nguyên tử mất electron sẽ thành ion dương. Số ion này sau khi liên kết lại với nhau tạo ra mạng lưới tinh thể có sự trật tự nhất định. Các ion sẽ chuyển động mạnh mẽ hơn nếu mạng lưới tinh thể này mất đi trật tự vốn có.

Electron hóa trị sẽ có xu hướng là tách khỏi nguyên tử sau đó trở thành electron tự do, mật độ không thay đổi và = n. Electron không ngừng di chuyển sẽ tạo ra khối khí electron tự do và không phát sinh thêm bất cứ dòng điện nào khác.

Dòng điện trở sinh ra bởi nguồn điện của khí electron ngược chiều sẽ sinh ra điện trường. Trật tự trong kim loại mất đi sẽ gây cản trở tới chuyển động của electron tự do tạo ra điện trở.

Điện trở sẽ trở nên nhạy cảm khi tinh thể biến dạng cơ học và có lẫn những nguyên tử khác lạ vào trong kim loại. Điều này sẽ khiến điện trở của chúng bị thay đổi.

Điện trở suất trong kim loại phụ thuộc như thế nào?

Điện trở suất ρρ trong kim loại sẽ tăng theo nhiệt độ gần đúng với hàm bậc nhất. Cụ thể như sau: 

 ρ=ρ0[1+α(t−t0)]ρ=ρ0[1+α(t−t0)]

Trong đó:

  • ρ0: điện trở suất trong nhiệt độ t℃ ( thường là 20℃)
  • ρ: điện trở suất trong nhiệt độ t℃
  • α : Hệ số nhiệt điện trở
  • Hệ số nhiệt điện trở (phụ thuộc vào độ tinh khiết và cách gia công của vật liệu)

Hiện tượng siêu dẫn

Hiện tượng siêu dẫn của dòng điện kim loại
Hiện tượng siêu dẫn của dòng điện kim loại

Điện trở suất của kim loại sẽ giảm khi nhiệt độ giảm đi. Khi giảm gần 0 độ K thì điện trở của kim loại rất nhỏ. Với 1 số dòng hợp kim, kim loại thì khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ TC thì điện trở sẽ đột ngột về 0. Đây được gọi là trạng thái siêu dẫn.

Hiện tượng siêu dẫn của điện trở thường được ứng dụng vào:

  • Tạo ra các cuộn dây siêu dẫn có từ trường mạnh
  • Dây siêu dẫn tải điện mà không bị tổn thất, hao hụt năng lượng

Hiện tượng nhiệt điện

Khi hàn 2 đầu dây của 2 loại kim loại khác nhau vào với nhau, 1 mối hàn nhiệt độ cao còn 1 mối hàn có nhiệt độ thấp thì sẽ sinh ra hiệu điện thế của mỗi dây là khác nhau. 

Khi đó, mạch sẽ có suất điện động E hay còn gọi là hiệu điện thế trong suất điện động nhiệt điện. 2 dây dẫn kim loại sẽ được gọi là cặp nhiệt điện.

Hiện tượng nhiệt điện sẽ được tính bằng công thức:

E=aT(T1−−T2)E=aT(T1−−T2)

Trong đó:

  • T1: Nhiệt độ đầu dây nhiệt độ cao (k)
  • T2: Nhiệt độ đầu dây nhiệt độ thấp (k)
  • αT: Hệ số của nhiệt điện động ( V/K)

Ứng dụng của hiện tượng này thường dùng để để đo nhiệt độ.

Cách để tạo ra dòng điện trong kim loại

Để có được dòng điện cần phải đáp ứng được những điều sau:

  • Có sự khác biệt giữa 2 điểm trong cùng 1 đoạn mạch. Vì nếu 2 điểm này có cùng hiệu điện thế như nhau thì dòng điện không thể chạy qua được.
  • Phải có nguồn dòng điện hoặc nguồn điện áp. Bạn có thể sử dụng pin hoặc tế bào ép electron tự do tạo ra dòng điện.
  • Có dây dẫn hoặc vật dẫn mang điện.
  • Một mạch điện phải được hoàn thành hoặc đóng kín lại. Nếu mạch điện này bị hở thì dòng điện không thể chạy qua được.

Điều kiện để có được dòng điện trong kim loại là: 

  • Có dây dẫn bằng kim loại trong mạch điện, hạt mang điện là electron. Độ lớn của dòng điện này tương ứng với độ lớn của electron và ngược chiều.
  • Duy trì được hiệu điện thế giữa 2 đầu dây dẫn.
Cách tạo ra dòng điện kim loại an toàn, hiệu quả
Cách tạo ra dòng điện kim loại an toàn, hiệu quả

Dòng điện trong kim loại có ứng dụng gì?

Dòng điện trong kim loại được ứng dụng vào những lĩnh vực như sau:

  • Chế tạo ra nam châm điện có từ trường mạnh mẽ mà không gây hao phí nguồn năng lượng tỏa nhiệt.
  • Áp dụng trong sản xuất máy tính điện tử, được dùng để ngắt mạch siêu tốc.
  • Trong y học: Sử dụng trong máy quét MRI
  • Cơ khí sản xuất: Sử dụng trong các loại máy chế tạo, máy gia tốc và các thiết bị, máy móc thường dùng như: máy chà sàn, máy giặt thảm, máy hút bụi,…

Trên đây là những thông tin chi tiết nhất để trả lời cho câu hỏi “dòng điện trong kim loại là gì?”. Hy vọng bài viết đã cung cấp cho bạn đọc những kiến thức hữu ích nhất!

Trả lời