Mục lục
Điện tích là nguồn năng lượng giúp cho đời sống hàng ngày và lao động sản xuất. Những từ đâu mà con người khám phá ra được dòng điện? Bài viết dưới đây xin chia sẻ đến bạn đọc để hiểu rõ hơn hạt tải điện trong kim loại là gì.
1. Hạt tải điện trong kim loại là gì
Hạt tải điện là một loại hạt mang điện tích di chuyển giúp tăng khả năng truyền tải điện năng. Theo một số thông tin khoa học hạt tải điện được gọi tên là hạt electron. Do vậy những hạt electron di chuyển lơ lửng có quỹ đạo không cố định mang điện tích âm được gọi là hạt tải điện
Sự di chuyển của hạt tải điện trong kim loại
2. Hệ thống lý thuyết của bài học
Hạt tải điện được nhiều công trình vật lý quan tâm nghiên cứu. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động cũng như ý nghĩa của hạt tải điện sau đây là những lý thuyết mang tính hệ thống giúp bạn đọc nắm và áp dụng sử dụng trong thực tiễn.
2.1. Bản chất của dòng điện trong kim loại
Dòng điện bên trọng kim loại có bản chất được nếu ra từ lý thuyết electron. Đây là khả năng dẫn điện được công nhận và phát hiện ở kim loại. Lý thuyết đó được tóm gọn trong các luận điểm sau:
- Electron tồn tại trong các nguyên tố kim loại không phải duy nhất. Chúng ta còn có thể tìm thấy cả proton và notron. Tuy nhiên hạt mang điện được phát hiện chỉ có proton và electron. Khi số lượng electron tăng và mật độ tăng do các tương tác nhiệt độ va chạm mạng tinh thể sẽ bị xáo trộn làm gia tăng điện tích
- Electron khi tách ra khỏi nguyên tử được coi là electron hóa trị. Dựa vào số electron hóa trị đã phân nhóm kim loại thành hóa trị I, II, III, IV, V. Dòng điện được sinh ra khi electron đi ngược chiều với điện trường Ē
- Electron di chuyển tự do khiến kim loại xuất hiện điện trở. Khi có tác động nhiệt điện tích sẽ di chuyển nhanh hơn gây xáo trộn và dẫn đến biến dạng về cơ học
Dòng điện trong kim loại
Như vậy có thể thấy khi số lượng electron tự do trong kim loại hoạt động tăng lên sẽ có thể gia tăng mật độ điện tích giúp kim loại trở thành vật liệu dẫn điện. Chính vì những luận điểm này mà dòng điện xuất hiện bên trong kim loại được định nghĩa là dòng electron di chuyển tự do nhưng luôn ngược lại hướng của điện trường Ē.
2.2. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ
Điện trở suất trong kim loại có mối quan hệ mật thiết với yếu tố nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì điện trở suất cũng thay đổi theo. Cụ thể là công thức tính điện trở suất có thêm yếu tố nhiệt độ đã làm rõ điều này:
ρ = ρ0 [1 + α ( t – t0 )
Lý giải ký hiệu
- ρ : điện trở suất
- ρ0 giá trị điện trở suất được tính theo α
- α hệ số nhiệt điện trở
Sự biến thiên của nhiệt độ và điện trở suất khi tính toán hạt tải điện trong kim loại
Đây chỉ là một sơ đồ thể hiện sự biến thiên nhiệt độ gây ảnh hưởng đến điện trở suất như thế nào. Tuy nhiên sơ đồ này có thể thay đổi cho đặc điểm tính chất của mỗi kim loại là riêng biệt không giống nhau.
Để đưa ra được sơ đồ biến thiên, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu thống kê gần đúng và vẽ ra sơ đồ giúp người dùng dễ dàng nội suy tính toán.
Tuy nhiên kết quả thí nghiệm có thể sai lệch nhưng không đáng kể do ảnh hưởng các yếu tố như nhiệt độ, vật liệu…. Sau này để đảm bảo những nghiên cứu sát thực hơn, nhiều nhà nghiên cứu đã phân tích platin để dùng trong công nghiệp.
Do thế dây bạch kim chính là vật liệu để đo nhiệt điện trở dựa vào những số liệu nghiên cứu thống kê.
2.3. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn
Hầu hết các phản ứng đều chịu ảnh hưởng từ nhiệt độ chính vì thế sự biến thiên nhiệt độ có ảnh hưởng đến mạng tinh thể và khả năng di chuyển của electron. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy rằng electron giảm dần sự chuyển động khi nhiệt độ giảm đi và ngược lại. Điều này đã dẫn đến điện trở suất giảm theo.
Khả năng tích điện của kim loại tương đương với khả năng của oxit vì thế oxit kim loại vẫn có thể sinh ra dòng điện. Tuy nhiên khi điện trở suất giảm về không thì chúng ta có thể thấy nhiệt độ đo được còn thấp hơn cả nhiệt độ tới hạn theo nghiên cứu chỉ ra.
Hiện tượng siêu dẫn trong vật lý được đánh giá là một trạng xuất hiện khi có biến động về nhiệt độ. Tuy nhiên vật liệu siêu dẫn ngày nay được sử dụng chính là chiếc nam châm.
Các nguyên lý tạo ra điện đã được phân tích áp dụng khá phổ biến với nam châm do nó sinh ra hiện tượng cảm ứng điện từ.Các nghiên cứu sau đó cũng bắt đầu tìm tòi và phát hiện rằng dòng điện sau khi chạy qua nam châm có thể tiếp tục sinh ra điện.
Kể cả khi không còn nguồn điện cung cấp dòng điện đó vẫn tiếp tục hoạt động và không dừng lại. Đây cũng là một hy vọng trong ngành năng lượng điện để giảm hao phí điện nặng khi di chuyển xa.
2.4. Hiện tượng nhiệt điện
Chúng ta có thể sử dụng một sợi dây kim loại làm vật dụng thí nghiệm để kiểm chứng. Theo thuyết dẫn điện của electron, khả năng dẫn điện của hạt nhân này có thể ảnh hưởng từ nhiệt độ trên sợi dây kim loại.
Nếu nhiệt độ giữa 2 đầu dây chênh lệch lớn sẽ thấy đầu có nhiệt độ cao hơn sự chuyển động của electron linh hoạt. Không hẳn tất cả electron sẽ quy tụ lại đầu nóng của sợi dây kim loại. Một số electron vẫn di chuyển đến đầu lạnh nhưng sự di chuyển đã kém linh hoạt.
Nhờ khả năng di chuyển và nguyên lý sinh ra nhiệt này có thể nhận biết điện tích dương nằm ở đầu nhiệt độ cao hơn còn điện tích âm ở đâu có nhiệt độ thấp hơn.
Phần nằm giữa hai đầu sợi dây kim loại sẽ sinh ra hiệu điện thế. Khi thực hiện hàn nối các sợi dây kim loại và nhiệt độ ở đầu nối các sợi dây là không tương đồng sẽ sinh ra suất điện động ξ. Công thức tính suất điện động được mô tả như sau:
ξ = αT (T1 – T2)
Trong đó:
- (T1 – T2) là hiệu được lấy từ nhiệt độ ở hai đầu sợi dây
- αT được tính theo vật liệu sợi dây kim loại
- Bạch kim kết hợp bạch kim αT ≈ 6,5 x 10 -6 V/K
- Alumen kết hợp Cromen αT ≈ 41 x 10 -6 V/K
- Constantan kết hợp đồng αT ≈ 40 x 10 -6 V/K
3. Một số câu hỏi liên quan
Câu 1: Giải thích nguyên nhân khi dòng điện đi qua cuộn dây siêu dẫn không bị suy yếu và có thời gian duy trì kéo dài? Đây có phải là tia hy vọng sản xuất động cơ điện vĩnh cửu không?
Câu 2: Hạt tải điện trong kim loại là gì
- Hạt tải điện trong kim loại là electron ở lớp phía ngoài cùng của nguyên tử
- Hạt tải điện trong kim loại là nhưng hạt electron mang theo hóa trị và có khả năng di chuyển tự do ở mạng tinh thể
- Các hạt electron không kim loại là hạt tải điện trong kim loại
- Khi các hạt electron di chuyển tự do và có thể bay ra ngoài mạng tinh thể thì được gọi là hạt tải điện
Câu 3: Dòng điện trong kim loại là gì?
=>> Xem thêm nội dung liên quan: Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là
Kết luận
Hạt tải điện trong kim loại là một phần lý thuyết được sử dụng ở bài dòng điện trong kim loại. Bạn có thể tham khảo các tài liệu liên quan để nắm rõ hơn về hạt tải điện trong kim loại. Ngoài ra hãy luôn ghi nhớ những định nghĩa công thức trong bài để có thể đạt điểm cao trong các kỳ thi.
Đăng kí ngay tại đây =>> Kiến Guru <<= để nhận khóa học chất lượng giúp trẻ phát triển tư trong học tập tốt hơn
