Hạt tải điện là gì? Bản chất của dòng điện trong kim loại

Hạt tải điện là khái niệm xuất hiện trong các môn học Vật lý, Hóa học rất nhiều. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ hạt tải điện là gì, bản chất của dòng điện trong kim loại như nào?. Nếu các bạn đang cần tìm hiểu những thông tin này thì hãy theo dõi bài viết này nhé.

Mục lục

Hạt tải điện trong kim loại là gì?

Hạt tải điện trong kim loại chính là các electron hoá trị đã bị bay ra khỏi tinh thể. Mật độ các electron tự do trong kim loại rất cao nên các kim loại mới có tính dẫn điện tốt. Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do này.

Hạt tải điện trong kim loại là các electron mang điện tích âm

Electron là gì?

Sau khi tìm hiểu hạt tải điện trong kim loại là gì ở bên trên, chắc chắn các bạn cũng rất tò mò về khái niệm của electron. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu khái niệm này qua các thông tin ngay bên dưới đây.

Electron (điện tử hay hạt nguyên tử) là hạt mang điện tích âm nằm bên trong nguyên tử và bao quanh hạt nhân. Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương nằm ở trung tâm và các electron mang điện tích âm chuyển động ở xung quanh. Điện tích của mỗi hạt electron là -1,6.10-19 Coulomb (kí hiệu C), khối lượng 9,1. 10-31 kg. Electron được kí hiệu là e.

Electron giúp các kim loại dẫn điện tốt

Electron có những tính chất sau đây:

Nếu một nguyên tử có cùng số proton (số p) và số electron (số e) thì nguyên tử đó sẽ trung hòa về điện. Vì điện tích âm của nguyên tử electron đã bị trung hòa bởi điện tích của nguyên tử proton dương.
Các electron sẽ luôn quay quanh hạt nhân và bên trong các lớp vỏ theo một quỹ đạo nhất định.
Lực hút do các nhân mang điện tích dương (+) tạo ra sẽ tác dụng lên các electron mang điện tích âm (-). Lực hút này đóng vai trò là lực hướng tâm vô cùng cần thiết để các electron có thể quay xung quanh hạt nhân.
Các electron ở gần hạt nhân sẽ liên kết mạnh với hạt nhân và khó kéo ra khỏi nguyên tử hơn so với các electron ở xa hạt nhân.

Dòng điện bên trong kim loại là gì?

Dòng điện trong kim loại chính là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Hệ số của nhiệt điện trở không những phụ thuộc vào nhiệt độ. Mà còn phụ thuộc vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó. Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.

Tìm hiểu chi tiết về dòng điện có trong kim loại

Bản chất của dòng điện bên trong kim loại

Chúng ta hãy cùng đi tìm hiểu về bản chất của dòng điện có trong kim loại, qua những thông tin sau:

– Các nguyên tử khi bị mất electron hoá trong kim loại bị trở thành các ion dương. Hệ thống các ion dương sẽ có sự liên kết với nhau một cách trật tự, tạo nên mạng tinh thể trong kim loại. Nếu mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự, nếu sự chuyển động của các ion sẽ càng mạnh.

– Các electron hoá trị sẽ tách khỏi nguyên tử. Trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi (n là hằng số). Chúng chuyển động hỗn loạn tạo ra khí electron tự do. Toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra bất kì dòng điện nào.

Bản chất của dòng điện có trong kim loại là gì?

– Điện trường được sinh ra bởi nguồn điện. Đẩy khí Electron trôi ngược chiều điện trường và sinh ra dòng điện.

– Sự đảo lộn trật tự của các tinh thể sẽ cản trở chuyển động của electron tự do. Là nguyên nhân gây nên điện trở kim loại. Hay nói cách khác là điều kiện có dòng điện trong kim loại là sự va chạm của các electron tự do với các ion dương của mạng tinh thể. Sự méo dạng tinh thể do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn bên trong kim loại. Điện trở của kim loại rất nhạy cảm với các yếu tố nêu trên.

– Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại cho chúng ta thấy hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. Vì mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. Nhiều các tính chất khác của dòng điện nằm trong kim loại cũng có thể suy ra từ thuyết này.

Vì vậy, dòng điện ở trong kim loại là chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

Điều kiện để xuất hiện dòng điện trong kim loại là gì?

Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo điều kiện nhiệt độ

Qua các thí nghiệm dòng điện trong kim loại. Các nhà khoa học đã chứng minh được rằng điện trở suất p trong kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

ρ = ρ0[1 + α(t – t0)]

Trong đó:

ρ0 là điện trở suất ở nhiệt độ (thường ở 20 độ C)
ρ là điện trở suất ở nhiệt độ
α là hệ số của nhiệt điện trở (K-1)

Hệ số nhiệt điện trở không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà vào cả độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại giảm liên tục. Đến gần 0 độ K điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ.
Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ xuống thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái có tên là siêu dẫn.

Hiện tượng siêu dẫn này có ứng dụng:

Các cuộn dây siêu dẫn được sử dụng để tạo ra các từ trường rất mạnh.
Dự kiến sử dụng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

Hiện tượng siêu dẫn có mối quan hệ mật thiết với dòng điện có trong kim loại

Trên đây là những kiến thức giải đáp cho vấn đề dòng điện trong kim loại là gì do chuthapdoquangninh.org.vn đã tổng hợp và chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng rằng với những chia sẻ trên đây sẽ đem đến cho các bạn những kiến thức bổ ích và cần thiết nhé! Xin cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chuthapdoquangninh.org.vn!

Xem thêm: