Phần I: Tính chất dòng điện trong kim loại
- Electrôn tự do được coi là hạt tải điện trong kim loại. Mật độ của các electrôn tự do trong kim loại là rất cao, giúp kim loại dẫn điện hiệu quả.
- Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các electrôn dưới tác động của điện trường.
- Sự chuyển động nhiệt của cấu trúc tinh thể làm cản trở sự di chuyển của hạt tải điện, gây ra độ trở điện của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi tiến gần tới 0oK, độ trở điện của kim loại rất nhỏ.
Phần II: Sự phụ thuộc độ trở điện của kim loại vào nhiệt độ
- Thí nghiệm đã chứng minh rằng độ trở điện p của kim loại tăng dần theo nhiệt độ, gần đúng theo hàm số bậc nhất: rho = rho0 (1 + alpha (t – t0))
- Trong đó:
- rho0 là độ trở điện ở nhiệt độ t0oC (thường là 20oC)
- rho là độ trở điện ở nhiệt độ toC
- alpha là hệ số nhiệt điện trở (K-1)
- Hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc không chỉ vào nhiệt độ mà còn vào độ tinh khiết và quá trình gia công của vật liệu.
Phần III: Độ trở điện của kim loại ở nhiệt độ thấp
- Khi nhiệt độ giảm, độ trở điện của kim loại liên tục giảm. Khi tiến gần tới 0oK, độ trở điện của kim loại sạch trở nên rất nhỏ.
- Một số kim loại và hợp kim, khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ ngưỡng Tc, độ trở điện giảm xuống 0. Được gọi là trạng thái siêu dẫn.
- Ứng dụng của trạng thái siêu dẫn:
- Dây siêu dẫn được sử dụng để tạo ra từ trường mạnh.
- Dự tính sử dụng dây siêu dẫn để truyền điện và giảm tổn hao năng lượng trên đường dây.
Phần IV: Hiện tượng nhiệt điện
- Lý thuyết của ông Feynman về tính dẫn điện của kim loại đã chỉ ra rằng, khi một đầu của sợi kim loại được làm nóng và một đầu còn lại làm lạnh, chuyển động nhiệt của các electrôn sẽ làm cho một phần của electrôn tự do từ đầu nóng chuyển đến đầu lạnh. Đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm.
- Trong trường hợp kết nối hai sợi kim loại khác nhau và hàn chúng với nhau, một mối hàn ở nhiệt độ cao và một mối hàn ở nhiệt độ thấp, độ chênh lệch điện thế giữa đầu nóng và đầu lạnh của từng sợi khác nhau, tạo ra một suất điện động ξ. Suất điện động này được gọi là suất điện động nhiệt điện, và cặp hai sợi kim loại kết nối lại với nhau được gọi là cặp nhiệt điện:
ξ = αt(T1 – T2) - Trong đó:
- T1 – T2 là hiệu nhiệt điện giữa đầu nóng và đầu lạnh
- αt là hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào tính chất của các vật liệu trong cặp nhiệt điện.
- Suất điện động nhiệt điện có kích thước nhỏ nhưng ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, vì vậy cặp nhiệt điện được sử dụng phổ biến để đo nhiệt độ.
Sơ đồ tư duy về dòng điện trong kim loại
