Dòng điện trong kim loại là gì? Ứng dụng của dòng điện trong kim loại

Kim loại là một trong những vật liệu có khả năng dẫn điện khá tốt. Tùy vào đặc điểm cũng như tính chất của mỗi loại kim loại, khả năng dẫn điện của chúng sẽ có sự khác biệt nhất định. Vậy dòng điện trong kim loại là gì? Điện trở suất có ảnh hưởng như thế nào tới khả năng dẫn điện của kim loại? Để có thêm cho mình những thông tin hữu ích, chúng ta cùng đi vào tìm hiểu rõ hơn qua những chia sẻ trong bài viết dưới đây nhé!

dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là gì? Những thông tin cần biết về dòng điện trong kim loại

Đặc điểm của dòng điện trong kim loại 

Dòng điện trong kim loại được hiểu là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới sự tác động của điện trường. Chính sự chênh lệch giữa hiệu điện thế hai đầu là điều kiện tạo nên các dòng chuyển dịch của các electron tự do bên trong thanh kim loại. Theo thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại, chúng ta có những nhận định sau:

  • Trong vật liệu kim loại, những nguyên tử bị mất electron sẽ mang hóa trị dương. Các ion dương liên kết với nhau theo một trật tự nhất định, tạo nên mạng tinh thể kim loại. Khi nhiệt độ tăng tới giá trị nhất định, mạng tinh thể có thể bị phá vỡ dẫn đến tình trạng mất trật tự các e.
  • Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử tạo thành các electron tự do, chuyển động một cách hỗn loạn tạ nên khí electron tự do, chiếm toàn bộ thể tích khối kim loại. Xuyên suốt toàn bộ quá trình này không sinh ra dòng điện.
  • Tác động của điện trường E từ nguồn điện bên ngoài đẩy khí electron ngược hướng với chiều của điện trường. Đây là điều kiện cần để sinh ra dòng điện.
  • Khi mạng tinh thể hỗn loạn, chuyển động của các electron tự do sẽ bị cản trở. Đây là nguyên nhân dẫn đến điện trở ở kim loại. Sự mất trật tự này thường xảy ra bởi chuyển động nhiệt trong mạng tinh thể, biến dạng cơ học hoặc những nguyên tử lạ lẫn vào. Hiểu một cách đơn giản hơn, hệ số điện trở của kim loại sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ, độ tinh khiết và khả năng gia công của vật liệu.
  • Kim loại có khả năng dẫn điện tốt do các hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do với mật độ cực kỳ cao.
  • Theo quy ước, chiều của dòng điện là chiều di chuyển của các điện tích dương. Thông thường nó sẽ ngược hướng với chiều dịch chuyển của các e tự do.

dòng điện trong kim loại

Mô hình cấu trúc tinh thể trong kim loại đồng

Điện trở suất trong kim loại là gì? Các yếu tố tác động

Điện trở suất là một trong những yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn điện cũng như cường độ dòng điện trong kim loại. Giá trị này thường bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Dưới đây là định nghĩa cũng như công thức tính điện trở suất của kim loại mà bạn có thể tham khảo!

Điện trở suất là gì?

Điện trở suất được hiểu là một đại lượng đặc trưng, nói lên khả năng cản trở dòng điện của một vật liệu nào đó. Những vật liệu có điện trở suất cao thường được chọn làm vật liệu cách điện, còn chất có điện trở suất thấp được dùng làm vật liệu dẫn điện. Về mặt bản chất, điện trở suất phản ánh khả năng cản trở sự dịch chuyển của các hạt mang điện. Đại lượng này có đơn vị Ohm.met (Ω.m).

Mối quan hệ giữa điện trở suất đối và nhiệt độ

Điện trở suất và nhiệt độ có sự liên quan rất lớn. Thông thường, các vật có cấu tạo từ kim loại sẽ có điện trở suất tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Những vật liệu bán dẫn, điện trở suất lại tỷ lệ nghịch với nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì điện trở suất của vật đó càng thấp. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ, 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 điều kiện nhiệt độ t0.

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

điện trở

Bảng biểu thị mối quan hệ giữa điện trở với nhiệt độ

Trên thực tế, điện trở suất của các vật liệu còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như cơ chế tán xạ của điện tử trong vật liệu (tán xạ trên phono, tán xạ sai hỏng, tán xạ trên spin,...) hay mật độ điện tử tự do trong chất,...

Một số đại lượng khác của điện trở suất

Ngoài ra khi tìm hiểu về điện trở suất trong kim loại cũng như các vật liệu khác nhau, điện trở suất mật độ hay điện trở suất phức cũng là những đại lượng quan trọng giúp người dùng có thể dễ dàng đánh giá về khả năng dẫn và truyền điện của kim loại. 

  • Tích điện trở suất mật độ

Tích điện trở suất mật độ cũng là một đại lượng khá quan trọng khi tìm hiểu về khả năng dẫn điện trên kim loại. Thông qua đó người dùng có thể làm cho dây dẫn dày và to hơn mà điện trở suất vẫn tương đương. Dựa trên tích điện trở suất mật độ người dùng có thể chọn tiết diện của dây dẫn nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng cũng như tiết kiệm chi phí lắp đặt.  Tích điện trở suất mật độ trên 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 

Như vậy bạc là một kim loại có khả năng dẫn điện tốt nhưng mật độ cao. Do đó nếu sử dụng bạc làm dây dẫn, tiết diện dây rất dày và nặng. Bên cạnh đó giá trị điện trở suất của nhôm truyền xa hơn so với đồng (nhôm nhẹ hơn), vì vậy mà nhôm được sử dụng phổ biến để làm vậy liệu dây dẫn điện.

  • Điện trở suất phức

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

Ứng dụng của dòng điện trong kim loại đối với cuộc sống hiện nay

Dựa vào tính chất cũng như những thông tin về dòng điện trong kim loại, nó hiện đang được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực. Phổ biến nhất có lẽ là tạo nam châm nhờ từ trường mạnh, không gây tỏa nhiệt khi hoạt động.

Vậy dòng điện trong gia đình là gì?

Hiện chúng ta đang có những dòng điện như sau: điện 1 pha, điện 2 pha và điện 3 pha. Vậy điện gia đình là loại mấy pha.

Câu trả lời đó chính là điện 1 pha: Đây là dòng điện xoay chiều có công suất nhỏ và không thể truyền đi xa nên là loại điện phù hợp nhất để sử dụng trong gia đình.

Điện 1 pha sẽ có hiệu điện thế là 220V ở tại Việt Nam. Còn ở 1 số quốc gia khác thì có thể sẽ thấp hơn: 110V, 120V...

Ở Việt Nam, nếu như bị mất điện thì các hộ gia đình cũng hoàn toàn có thể tạo ra dòng điện 1 pha để cấp cho gia đình của mình bằng cách sử dụng những chiếc máy phát điện mini gia đình hoặc máy phát điện công suất lớn.

Chúng ta vừa cùng nhau tìm hiểu rõ hơn về dòng điện trong kim loại là gì? Cũng như ứng dụng và giá trị điện trở suất tương ứng trong kim loại. Hy vọng những chia sẻ được tổng hợp trong bài viết trên đây có thể đưa đến cho bạn những thông tin hữu ích trong quá trình tìm đọc về khả năng dẫn điện của kim loại hoặc chọn lựa vật liệu cách điện phù hợp.  

Hỏi Đáp

Máy phát diesel là gì? Sử dụng khi nào?

Máy phát diesel là gì? Sử dụng khi nào?

Khi nhà bị mất điện đột ngột thì phải làm như thế nào?

Khi nhà bị mất điện đột ngột thì phải làm như thế nào?

Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo tuabin gió

Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo tuabin gió

Quy trình lắp đặt máy phát điện đúng chuẩn nhất

Quy trình lắp đặt máy phát điện đúng chuẩn nhất

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều mà bạn chưa biết

Cách tạo ra dòng điện xoay chiều mà bạn chưa biết

Cách làm máy phát điện mini đơn giản ngay tại nhà

Cách làm máy phát điện mini đơn giản ngay tại nhà

Phần cảm của máy phát điện xoay chiều

Phần cảm của máy phát điện xoay chiều

Máy phát điện chạy được điều hòa có nên hay không?

Máy phát điện chạy được điều hòa có nên hay không?

Nước làm mát máy phát điện có tác dụng như thế nào?

Nước làm mát máy phát điện có tác dụng như thế nào?