DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

• 1) Kim loại là gì?

+ +

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+

-

-

-

--

--

--

--

--

-

Mô hình mạng tinh thể đồng

Cấu trúc tinh thể ở kim loại

2. Các tính chất điện của kim loại.

Do sự va chạm của các electrong tự do vào các ion dương của mạng tinh thể. Các kim loại khác nhau có cấu tạo mạng tinh thể khác nhau, nên tác dụng cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do các mạng tinh thể khác nhau là khác nhau

lR

S

- Điện trở của kim loại R(Ω)- Chiều dài l (m)- Tiết diện S (m2)- Điện trở suất ρ (Ω.m)

- Kim loại là chất dẫn điện tốt Điện trở suất ρ nhỏ điện trở R nhỏ Điện dẫn xuất σ = 1/ρ rất lớn

- Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm (khi nhiệt độ không đổi)

I = U/R

U

I

OĐặc tuyến vôn -ampe

• Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ:

Khi nhiệt độ kim loạt tăng, các ion trong kim loại dao động với tần số lớn, tăng thêm sự cản trở của các electron tự do nên điện trở tăng

• ρ=ρo[1+α(t-to)]• R=Ro [1+α( t –to)]

- Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.Dưới tác dụng của lực điện trường, electrong thu được thêm năng lượng, khi va chạm với các ion kim loại thì electron chuyển 1 phần hoặc hoàn toàn năng lượn cho mạng tinh thể làm tăng nội năng và nội năng chuyển hóa thành nhiệt năng

Ion dương

Electron tự do

Electron

Nguyên tử

Hạt nhân

2. Êlectron tự do trong kim loại.

E

Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các êlectron tự do ngược chiều điện trường.

Khi chưa có điện trường

Khi có điện trường

Vận tốc chuyển động có hướng của electron tự do trong kim loại ≤ 0.2mm/sTốc độ lan truyền của điện trường rất lớn ≈ 300 000 km/s. Vì vậy nên khi ta đóng mạch điện thì ngọn đền điện dù ở rất xa cũng hầu như lập tức phát sáng

Vận tốc chuyển động có hướng của electron tự do trong kim loại ≤ 0.2mm/sTốc độ lan truyền của điện trường rất lớn ≈ 300 000 km/s. Vì vậy nên khi ta đóng mạch điện thì ngọn đền điện dù ở rất xa cũng hầu như lập tức phát sáng

E

• 3) Hiện tượng nhiệt điện

• Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner) và là một hiện tượng lượng tử. Năm 1911, lần đầu tiên các nhà khoa học đã phát hiện ra vật chất dẫn điện với tính năng hoàn toàn không có điện trở, gọi đó là chất siêu dẫn.

2) Tính chất:Theo định luật Ohm:R = V / I- Hiện tượng điện trở được tạo ra bởi sự va chạm của các ion trong dòng điện với nhau, tạo ra nhiệt tiêu tán mất năng lượng. Dòng điện bình thường nếu được cung cấp một hiệu điện thế không thể tồn tại mãi vì có điện trở.

- Tuy nhiên trong chất siêu dẫn vì điện trở R = 0 nên không dòng điện I không bị cản trở. Điều này có nghĩa là một mạch điện có thể hoạt động vài năm, thậm chí lên đến hàng nghìn năm mà không cần có hiệu điện thế V (V = 0)

• 3) Ứng dụng:- Máy chụp cắt lớp (MRI)

• Cáp siêu dẫn Năm 1985 – 1986 ở Liên xô(cũ) thử nghi m ê

đường cáp tai đi n 110kV, Ptai = 900.000kW ê Ơ Nh t ban, đi n áp 275kV, P = 5.000.000kWâ ê

• Nam châm đi n siêu dẫn tạo ra tư trường cực êmạnh mà không hao phí năng lương do toa nhi t, cần cho máy gia tốc hạt sơ cấp, lò phan êứng nhi t hạch,….. ê

• Tàu chạy trên đ m đi n tư ê êNăm 1999, Nh t Ban chế tạo tàu Maglev đạt âki lục 552 km/h, chở 100 hành khách tư Tokyo đến Osaka cách nhau 500 km. Tư trường do nam châm siêu dẫn tạo ra cực mạnh để đủ nâng tàu lên cao 10cm khoi đường ray.