Chương III: Bản chất dòng điện trong kim loại

1 (20%) 1 vote

Chương III: Bản chất dòng điện trong kim loại

Chương III: Hiện tượng nhiệt điện, hiện tượng siêu dẫn

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các eletron tự do bên trong kim loại khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai đầu dây kim loại.

1/ Bản chất dòng điện trong kim loại:
a/ Xét cấu tạo 1 nguyên tử kim loại Đồng (Cu)

bên trong hạt nhân đồng có 29 proton liên kết với 29 electron ở lớp ngoài cùng được sắp xếp theo phân lớp 1s22s22p63s23p63d104s1 như vậy lớp ngoài cùng của nguyên tử kim loại đồng chỉ có 1 electron liên kết yếu với hạt nhân.
Bản chất dòng điện trong kim loại

Chương III: Bản chất dòng điện trong kim loại​

Cấu tạo của 1 nguyên tử đồng​

Các electron lớp ngoài cùng có thể tách khỏi nguyên tử đồng để tạo thành các electron tự do có thể di chuyển tự do bên trong kim loại đồng.
Bản chất dòng điện trong kim loại
Các hạt electron tự do chuyển động hỗn loạn bên trong dây dẫn kim loại khi chưa có nguồn điện
Khi đặt vào hai đầu dây dẫn kim loại bằng đồng một nguồn điện, sự trênh lệch điện thế giữa hai đầu dây kim loại sẽ làm dòng electron tự do dịch chuyển bên trong dây đồng tạo ra dòng điện trong kim loại.
Bản chất dòng điện trong kim loại

Dòng điện trong kim loại là dòng electrong tự do​

Trong 1g đồng (Cu=64) có 9,4.1021 nguyên tử => có khoảng 9,4.1021 hạt electron tự do => Trong 1 giây lượng điện tích (điện lượng) dịch chuyển qua tiết diện dây kim loại đồng rất lớn => đồng là kim loại dẫn điện tốt.

b/ Xét cấu trúc mạng tinh thể kim loại:
Kim loại có cấu trúc mạng tinh thể gồm các ion dương dao động tại các nút mạng, các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn theo mọi hướng khác nhau bên trong kim loại => không có dòng điện trong kim loại.
Bản chất dòng điện trong kim loại
Đặt vào hai đầu dây kim loại một nguồn điện, khi đó sự trênh lệch điện thế giữa hai đầu dây kim loại làm cho các electron tự do dịch chuyển thành dòng bên trong kim loại
Bản chất dòng điện trong kim loại
Dòng electron tự do dịch chuyển thành dòng từ cực âm về cực dương bên trong dây dẫn kim loại nối với nguồn điện tạo thành dòng điện trong kim loại.

2/ Các hiện tượng vật lý liên quan đến dòng điện trong kim loại
Khi dòng electron tự do dịch chuyển có hướng trong dây dẫn kim loại tạo thành dòng điện trong kim loại, chúng va chạm với các ion dương tại các nút mạng, sự va chạm này sinh ra năng lượng làm dây dẫn nóng lên. Nếu dòng điện trong kim loại càng duy trì lâu thì sự va chạm càng lớn dẫn đến nhiệt lượng tỏa ra càng lớn => điều này phù hợp với định luật Jun-Lenxơ
Các ion dương chỉ dao động xung quanh các nút mạng gây cản trở chuyển động của dòng các eletron tự do bên trong kim loại, sự cản trở dòng điện đó sinh ra điện trở của dây dẫn kim loại.

3/ Điện trở của dây dẫn kim loại

Điện trở kim loại làm cản trở dòng điện, sinh nhiệt làm lãng phí điện năng khi truyền tải vì vậy trong thực tế người ta luôn tìm cách để giảm giá trị của R bằng cách

  • Tăng tiết diện của dây dẫn (tăng S)
  • Giảm chiều dài của dây dẫn (giảm l)
  • Giảm điện trở suất ρ của kim loại

Thảo luận cho bài: Chương III: Bản chất dòng điện trong kim loại