Lý thuyết về dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện trong kim loại là dạng dòng điện chuyển dời có hướng của các electron tự do chịu tác động bởi điện trường. Khi 2 đầu điện thế có sự chênh lệch đối nghịch nhau sẽ tạo ra một dòng chuyển dịch mang hướng của các electron tự do trong các thanh kim loại.
Khi có sự chuyển động, các electron tự do chuyển động và va chạm với các icon nút mạng và truyền động năng qua cho chúng. Chính vì thế đã gây ra điện trở cho dây dẫn kim loại. Hệ số dẫn điện có thể phụ thuộc vào nhiệt độ và độ tinh khiết của vật liệu đó khi tiến hành gia công. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại giảm theo nhanh chóng.
Theo đúng quy ước thì chiều dịch chuyển của điện tích dương trong thanh kim loại sẽ ngược chiều với chiều dịch chuyển của các electron tự do.
Bản chất của dòng điện trong thanh kim loại là gì?
Trong thanh kim loại các nguyên tử bị mất đi các electron sẽ biến thành các icon dương. Các icon dương này sẽ liên kết với nhau nhằm tạo thành một mạng lưới tinh thể, một khi mạng lưới này mất trật tự sẽ khiến các chuyển động của icon này trở nên mạnh mẽ hơn.
Ngoài ra các electron hóa trị lại có xu thế tách khỏi nguyên tử và biến thành các electron tự do với mật độ bằng n không thay đổi. Khi có các electron sẽ không ngừng chuyển động liên tục tạo ra một môi trường vận hành tự do và không sinh ra dòng điện.
Ngược lại dòng điện trường được sinh ra của dòng điện khi khối khí electron được đẩy ngược theo chiều điện trường. Sự mất cân bằng này sẽ cản trở chuyển động của các electron tự do và gây ra điện trở trong thanh kim loại.
Điện trở này cực nhạy cảm và chỉ vận hành do khả năng biến dạng cơ học bị lẫn những nguyên tử lạ vào trong thanh kim loại và sẽ khiến điện trở bị biến đổi nghiêm trọng.
Dòng điện trong thanh kim loại phụ thuộc vào gì?
Hiện tượng siêu dẫn
Khi nhiệt độ giảm trở suất cũng giảm theo. Điện trở của kim loại rất bé khi giảm xuống đến gần 0 độ K. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Tc thì đột ngột điện trở sẽ trở về 0 với kim loại và hợp kim gọi là dòng siêu dẫn.
Chính vì thế hiện tượng này được ứng dụng từ các cuộn dây siêu dẫn từ trường mạnh có thể tạo ra được. Hơn nữa dây siêu dẫn có thể tải điện, năng lượng điện không thể bị tiêu hao trong giai đoạn tương lai.
Các dấu hiệu nhiệt điện
Tiến hành hàn 2 đầu dây dẫn thanh kim loại với nhau. Một đầu mối hàn có nhiệt độ thấp, mối hàn còn lại xuất hiện nhiệt độ cao. Ở từng dây dẫn điện là không giống nhau và giữa 2 đầu nóng lạnh sẽ sinh ra hiệu điện thế. Suất điện động là ở phần trong mạch có E và cặp nhiệt điện là tên gọi của 2 đường dây dẫn này.
Theo công thức ta có suất điện động là: E = aT(T1−−T2)E = aT(T1−−T2)
Trong đó
T1: Vị trí nhiệt độ cao (k)
T2:Vị trí nhiệt độ thấp (k)
Và αT: Nhiệt điện động He (V/K)
Các ứng dụng nổi bật của dòng điện trong kim loại là gì?
Hiện nay dòng điện trong kim loại đang được ứng dụng phổ biến để chế tạo ra nhiều vật liệu cũng như thiết bị. Cụ thể:
Chế tạo ra các nam châm điện mà không gây hao tổn năng lượng tỏa nhiệt trong môi trường từ trường mạnh.
Các dòng thiết bị khoa học như: Máy quét MRI trong y học, máy chế tạo, máy gia tốc mạnh.
Ngoài ra thiết bị còn được sử dụng trong thiết bị siêu tốc dùng để ngắt mạch điện từ.
Những phương thức nhằm tạo ra dòng điện trong thanh kim loại
Điều kiện có bản nhất để có dòng điện trong thanh kim loại là:
Giữa 2 điểm luôn cần tồn tại 1 sự khác biệt. Trường hợp 2 điểm cùng một đoạn mạch có cùng hiệu điện thế thì dòng điện sẽ không chạy qua.
Nguồn điện hoặc điện áp cấp vào cho thanh kim loại, ví dụ như pin hoặc tế bào ép các electron tự do nhằm tạo ra dòng điện.
Cần sự hỗ trợ của một dây dẫn hoặc 1 loại vật thể có mang điện.
Một mạch điện cần được hoàn thành đúng form hoặc đóng lại giúp dòng điện không thể di chuyển được nếu mạch điện đang bị hở.
Trên đây là toàn bộ thông tin về dòng điện trong kim loại và những ứng dụng nổi bật của nó trong thực tiễn. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp mọi người sử dụng dòng điện này đúng cách để giảm thiểu các sự cố chập điện xuất hiện. Hơn nữa có thể tận dụng được nguồn điện này hiệu quả phục vụ cho các mục đích sử dụng trong sinh hoạt và đời sống hàng ngày.
