Dòng điện trong kim loại là gì? Ứng dụng của dòng điện trong kim loại như thế nào? Hình ảnh và công thức dòng điện trong kim loại ra sao? Mời tất cả quý bạn đọc cùng tham khảo ngay trong bài viết dưới đây!
Dòng điện trong kim loại là gì?
Dòng điện trong kim loại là dòng các hạt e (electron) tự do di chuyển có hướng. Chúng chịu các tác động từ điện trường. Khi 2 đầu điện thế có sự chênh lệch nhau sẽ tạo ra các dòng dịch chuyển của hạt e tự do trong thanh kim loại. Các hạt e này bị cực dương của nguồn điện hút lại và bị cực âm của nguồn điện đẩy ra.
Dòng điện trong kim loại là gì?
Sự va chạm đó tạo ra điện trở cho dây dẫn kim loại. Hệ số điện trở sẽ phụ thuộc nhiều vào độ tinh khiết, nhiệt độ và chế độ gia công của vật liệu. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất cũng giảm theo.
Chiều quy ước của dòng điện sẽ là chiều chuyển dịch các điện tích dương. Chiều dòng điện trong kim loại sẽ ngược với chiều của các hạt e tự do.
Bản chất của dòng điện trong kim loại
Trong cấu trúc kim loại, khi các nguyên tử mất electron, chúng sẽ trở thành các ion dương. Sau đó, những ion này sẽ kết hợp với nhau để tạo thành một mạng tinh thể có sự tổ chức. Khi mạng lưới này mất sự tổ chức, sự chuyển động của các ion trở nên mạnh mẽ hơn.
Các electron hóa trị thường có xu hướng rời khỏi nguyên tử và trở thành e tự do với mật độ bằng n không đổi. Trong trạng thái này, electron liên tục chuyển động không theo quy luật, tạo ra một khối khí e tự do. Và dòng điện không có cái nào được sinh ra.
Bản chất của dòng điện trong kim loại là gì?
Điện trường của dòng điện xuất phát từ nguồn điện khi khối khí e tự do bị đẩy ngược hướng của điện trường. Sự mất tổ chức trong cấu trúc kim loại sẽ làm trở ngại cho sự di chuyển của electron tự do và tạo ra hiện tượng điện trở.
Điện trở rất nhạy cảm đối với các biến động cơ học và thường bị lẫn bởi sự hiện diện của các nguyên tử ngoại lai trong kim loại. Từ đó, làm thay đổi điện trở của nó.
Xem thêm:
Điện trở suất trong kim loại
Điện trở suất trong kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng với hàm bậc nhất. Cụ thể về công thức dòng điện trong kim loại sẽ được nêu rõ dưới đây:
ρ=ρ0[1+α(t−t0)]ρ=ρ0[1+α(t−t0)]
Trong đó:
- ρ0 – Điện trở suất ở nhiệt độ t℃ ( thường trong khoảng 20℃)
- ρ – Điện trở suất ở nhiệt độ t℃
- α – Hệ số nhiệt điện trở (Đơn vị K-1)
Hệ số nhiệt điện phụ thuộc nhiều vào độ sạch, chế độ gia công của vật liệu.
Hiện tượng siêu dẫn
Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm theo. Khi ở mức nhiệt độ 0 độ K, điện trở của kim loại sẽ nằm ở mức rất bé. Đối với một vài kim loại và hợp kim khi nhiệt độ < Tc thì điện trở sẽ đột ngột qua về số 0. Trạng thái này còn được gọi là hiện tượng siêu dẫn.
Đối với hiện tượng siêu dẫn này có thể kể 1 vài ứng dụng như:
- Từ trường mạnh có thể tạo ra các cuộn dây siêu dẫn.
- Trong tương lai, dây siêu dẫn có thể tải điện và không gây tổn thất năng lượng hay bị hao hụt trong khi truyền.
Hiện tượng nhiệt điện
Nếu hai dây kim loại khác nhau được hàn kết ở hai đầu, một trong những mối hàn sẽ được nhiệt độ cao hơn, trong khi mối hàn còn lại sẽ giữ ở nhiệt độ thấp hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần nóng và phần lạnh này tạo ra một hiệu điện thế giữa hai dây. Do chúng có đặc tính nhiệt điện không giống nhau.
Trong mạch này, xuất hiện một suất điện động E, được biết đến là suất điện động nhiệt điện. Cặp dây dẫn này được gọi là cặp nhiệt điện và thường được sử dụng để tận dụng hiệu quả nguyên tắc nhiệt điện để tạo ra điện năng.
Hiện tượng nhiệt điện
Công thức tính suất điện động nhiệt điện được tính:
ξ = αt(T1 – T2)
Trong đó:
- T1 – T2 – Hiệu nhiệt điện ở 2 đầu nóng và lạnh.
- αt – Hệ số nhiệt điện động (phụ thuộc vào bản chất của 2 vật liệu dùng là cặp nhiệt điện).
Suất điện động nhiệt điện tuy rằng nhỏ nhưng lại ổn định theo thời gian và điện kiện thí nghiệm. Do đó, cặp nhiệt điện được dùng phổ biến khi đo nhiệt.
Xem thêm: Nhiệt điện là gì? Cơ chế hoạt động của nhà máy nhiệt điện
Ứng dụng của dòng điện trong kim loại
Hình ảnh dòng điện trong kim loại đã quá quen thuộc khi bạn tìm hiểu về dòng điện trong kim loại. Và chúng được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp khác nhau. Sau đây, Tuấn Hưng Phát sẽ liệt kê một vài ứng dụng phổ biến:
- Tạo ra nam châm điện không gây phí năng lượng tạo ra nhiệt. Bởi chúng sở hữu từ trường mạnh.
- Máy tính điện tử siêu tốc dùng để ngắt mạch điện tử.
- Máy quét MRI trong đi học.
Cách để đo dòng điện trong kim loại
Để đo đường điện trong kim loại một cách chính xác, hiện nay thường sử dụng thiết bị ampe kế, dành cho việc đo cường độ dòng điện. Khi muốn đo cường độ dòng điện, ampe kế được kết nối nối tiếp với đoạn mạch cần kiểm tra.
Ngoài ra, ta cũng có thể sử dụng điện kế để đo dòng điện. Khác biệt giữa chúng là điện kế không chỉ cung cấp thông tin về cường độ dòng điện, mà còn xác định chiều hướng của dòng điện. Hiện nay, có nhiều thiết bị hỗ trợ để đo cường độ dòng điện, nhưng việc sử dụng ampe kế và điện kế vẫn là lựa chọn phổ biến được ưa chuộng trong đời sống hàng ngày.
Cách tạo ra dòng điện trong kim loại
Để có dòng điện chảy qua trong kim loại, cần đáp ứng các điều kiện sau:
Cách tạo dòng điện trong kim loại như thế nào?
- Cần phải tồn tại một sự khác biệt giữa hai điểm trong mạch. Nếu hai điểm có cùng điện thế, dòng điện sẽ không chạy qua.
- Sử dụng pin hay ac quy (công suất nhỏ với điện thế thấp) để tại ra dòng điện.
- Cần có một dây dẫn hoặc vật dẫn khả năng dẫn điện để chuyển electron từ nguồn tới đích.
- Mạch phải được đóng hoặc hoàn thành để tạo điều kiện cho dòng điện chạy qua. Nếu mạch bị hở, dòng điện sẽ không thể chuyển qua được.
Kết luận
Thông qua bài viết này, các bạn cũng đã hiểu rõ hơn về khái niệm dòng điện trong kim loại là gì rồi. Đồng thời, cũng biết thêm về công thức tính dòng điện trong kim loại và ứng dụng thực tế của chúng trong công nghiệp, y học. Nếu các bạn muốn biết thêm nhiều thông tin khác liên quan đến kỹ thuật tự động, hãy ghé ngay trang tuanhungphat.vn để xem nhiều bài viết thú vị khác nhé!
