#1 Những ứng dụng của dòng điện trong kim loại là thế nào?

Tất cả các kim loại đều có khả năng dẫn điện. Do đó mà dây dẫn điện trong cuộc sống hiện nay đều làm từ kim loại. Khả năng dẫn điện của mỗi loại kim loại sẽ khác nhau tùy vào đặc điểm cũng như tính chất. Vậy bạn có biết dòng điện trong kim loại là gì? Mời bạn cùng với Yên Phát tìm hiểu chi tiết hơn về vấn đề này qua bài chia sẻ ngay dưới đây nhé.

Dòng điện trong kim loại là gì? 

Dòng điện trong kim loại có những đặc điểm gì?

Dòng điện trong kim loại được định nghĩa là dòng chuyển dời có hướng của những electron tự do dưới tác động của điện trường. Chính sự chênh lệch của hiệu điện thế hai đầu là điều kiện để tạo nên các dòng chuyển dịch có hướng của các electron tự do bên trong kim loại. Theo thuyết electron về tính chất dẫn điện của kim loại, thì dòng điện này có những đặc điểm sau:

• Trong kim loại, những nguyên tử bị mất electron (e) sẽ mang hóa trị dương (+). Các ion dương sẽ liên kết với nhau theo 1 trật tự nhất định và tạo nên mạng tinh thể kim loại. Khi mà nhiệt độ tăng tới một giá trị nhất định, thì mạng tinh thể này có thể bị phá vỡ dẫn tới tình trạng mất trật tự các e.

• Các electron hóa trị khi tách khỏi nguyên tử sẽ tạo thành các electron tự do. Nó chuyển động một cách hỗn loạn để tạo nên khí electron tự do, chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại. Quá trình này không làm sinh ra dòng điện.

• Điện trường E từ nguồn điện ngoài  sẽ tác động đẩy khí electron ngược hướng với chiều điện trường. Đây là điều kiện cần có để sinh ra dòng điện.

• Khi mạng tinh thể kim loại hỗn loạn, chuyển động của những electron tự do sẽ bị cản trở. Đây chính là nguyên nhân dẫn tới điện trở ở kim loại. Sự mất trật tự này xảy ra bởi chuyển động nhiệt ở mạng tinh thể, biến dạng cơ học hay là những nguyên tử lạ lẫn vào. Hiểu một cách đơn giản, hệ số điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ, cũng như độ tinh khiết, khả năng gia công của vật liệu.

• Kim loại có khả năng dẫn điện tốt nhờ các hạt tải điện ở trong kim loại là các electron tự do có mật độ cực kỳ cao.

• Theo quy ước, chiều của dòng điện chính là chiều di chuyển của những điện tích dương. Thông thường thì nó sẽ ngược hướng với chiều dịch chuyển của e tự do.

Mô hình cấu trúc mạng tinh thể trong kim loại đồng

Thế nào là điện trở suất trong kim loại? Các yếu tố tác động

Điện trở suất là yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng dẫn điện và cường độ dòng điện ở trong kim loại. Điện trở suất thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. 

Điện trở suất là gì?

Điện trở suất được định nghĩa là một đại lượng đặc trưng, thể hiện khả năng cản trở dòng điện của vật liệu nào đó. Những vật liệu có điện trở suất càng cao thì sẽ có khả năng dẫn điện càng kém và thường được dùng làm vật liệu cách điện. Còn chất có điện trở suất càng thấp thì dẫn điện càng tốt nên được dùng làm vật liệu dẫn điện. Về bản chất, điện trở suất thể hiện khả năng cản trở sự dịch chuyển của những hạt mang điện. Đại lượng này có đơn vị đo là Ohm.met (Ω.m).

Mối quan hệ của điện trở suất đối và nhiệt độ

Điện trở suất và nhiệt độ có mối quan hệ rất lớn. Thông thường, những vật kim loại có điện trở suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Còn vật liệu bán dẫn thì có điện trở suất tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, nhiệt độ lên càng cao thì điện trở suất của vật đó sẽ càng thấp. Điện trở suất của kim loại sẽ  tăng theo nhiệt độ, và được xác định bằng công thức:

ρ = ρ0[1 + α(t – t0)]

Trong đó:

• α: hệ số nhiệt điện trở.

• ρ0: điện trở suất của kim loại khi ở nhiệt độ t0.

Khi mà nhiệt độ của vật liệu giảm xuống tới giá trị Tc nhất định, điện trở suất của vật liệu này sẽ giảm đột ngột xuống giá trị 0. Hiện tượng này chính là hiện tượng siêu dẫn. Trong trạng thái siêu dẫn, từ trường sẽ bị đẩy ra khỏi vật liệu siêu dẫn khi ở mức nhiệt độ thấp, không phụ thuộc trạng thái ban đầu của vật liệu đó khi ở nhiệt độ phòng. Người ta ừng dụng hiện tượng này để có thể tạo ra từ trường mạnh dùng trong chế tạo máy gia tốc mạnh, máy quét MRI trong y học, máy đo điện trường chính xác,…

Bảng biểu thị mối quan hệ của điện trở và nhiệt độ

Trên thực tế, điện trở suất của vật liệu còn phụ thuộc vào cơ chế tán xạ điện tử trong vật liệu (tán xạ trên phono, tán xạ trên spin, tán xạ sai hỏng,…) hay là mật độ điện tử tự do trong chất,…

Những đại lượng khác của điện trở suất

Khi tìm hiểu về đại lượng điện trở suất trong kim loại thì chúng ta còn cần quan tâm đến một số đại lượng khác như sau:

• Tích điện trở suất mật độ

Tích điện trở suất mật độ là một đại lượng khá quan trọng cần quan tâm khi tìm hiểu về khả năng dẫn điện của kim loại. Thông qua, đó người dùng có gia tăng kích thước, độ dày cho dây dẫn mà điện trở suất vẫn tương đương. Dựa vào tích điện trở suất mật độ mà người dùng có thể lựa chọn tiết diện của dây dẫn sao cho phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng.  Tích điện trở suất mật độ ở một số  kim loại nổi bật như sau:

Vật liệu

Điện trở suất

[nΩ·m]

Mật độ

[g/cm³]

Tích mật độ điện trở suất

[nΩ·m·g/cm³]

Natri

47,7

0,97

46

Liti

92,8

0,53

49

Đồng

16,78

8,96

150 

• Điện trở suất phức

Trong phân tích phản ứng những loại vật liệu với dòng điện xoay chiều hoặc trong ứng dụng cắt lớp trở kháng, thì việc thay thế suất điện trở bằng những đại lượng phức (tổng 2 đại lượng) là điều cần thiết.

Dòng điện trong kim loại có ứng dụng gì?

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của dòng điện trong kim loại hiện nay là tạo nam châm nhờ từ trường mạnh, nó không gây tỏa nhiệt khi hoạt động.

Dòng điện trong gia đình là gì?

Thực tế hiện nay, nước ta đang có các dòng điện gồm điện 1 pha, điện 2 pha và điện 3 pha. Vậy bạn có biết điện gia đình là loại mấy pha?

Hiện nay, mạng lưới điện gia đình ở nước ta là dòng điện 1 pha, có điện áp 220V, tần số 50Hz. Đây là dòng điện xoay chiều, công suất nhỏ, không thể truyền đi xa, phù hợp nhất với các thiết bị điện trong gia đình.

Lưu ý, không phải điện 1 pha ở nước nào cũng có điện áp 220V. Một số quốc gia như Nhật Bản, Hoa Kỳ,… sử dụng điện 1 pha với điện áp 110V, 120V…

Ở Việt Nam, nếu như hệ thông điện lưới bị mất thì các hộ gia đình hoàn toàn có thể tạo ra dòng điện 1 pha từ những chiếc máy phát điện mini gia đình để cấp cho các thiết bị điện. Những máy móc công nghiệp lớn thì sẽ dùng dòng điện 3 pha từ máy phát điện công suất lớn.

Trên đây là những thông tin tổng hợp để giải đáp nghi vấn dòng điện trong kim loại là gì? Hy vọng những chia sẻ về dòng điện trong kim loại này sẽ hữu ích với mọi người. Nếu như quý vị còn thắc mắc gì về máy phát điện có thể liên hệ hotline 0989 937 282 để được nhân viên Yên Phát tư vấn chi tiết.