Dòng điện trong kim loại

I- DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
1. Tính chất điện của kim loại

• Kim loại là chất dẫn điện tốt (điện trở suất r rất nhỏ hay điện dẫn xuất \(\sigma = \frac{1}{\rho }\) rất lớn).
• Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật ôm (nếu nhiệt độ được giữ không đổi).
• Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt.
• Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ: \(\rho = {\rho _0}{\rm{(}}1 + \alpha (t - {t_0}){\rm{)}}\)

Trong đó:

• \({\rho _0}\): điện trở suất ở t₀ (thường lấy 20⁰C)
• \(\alpha \): hệ số nhiệt điện trở

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

3. Hiện tượng nhiệt điện
a. Cặp nhiệt điện - Dòng nhiệt điện - Suất điện động nhiệt điện

Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng tạo thành suất điện động nhiệt điện trong một mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau khi giữ mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau
Thực nghiệm cho kết quả: \(E = {\alpha _T}({T_1} - {T_2})\)
Trong đó:

• T: nhiệt độ (tuyệt đối)
• α_T: hệ số nhiệt điện động (K-1)

b. Ứng dụng: Nhiệt kế nhiệt điện và Pin nhiệt điện.

4. Hiện tượng siêu dẫn
Hiện tượng siêu dẫn là khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó, điện trở của kim loại (hay hợp kim) đó giảm đột ngột đến giá trị bằng không.
Khi đó kim loại (hay hợp kim) có tính siêu dẫn và có thể duy trì dòng điện dù không còn nguồn điện.
- Những ưu điểm của vật liệu siêu dẫn:

• Điện trở của vật liệu siêu dẫn nhỏ (≈ 0) nên dòng điện sinh ra trong vật dẫn được duy trì trong thời gian dài.
• Vật liệu siêu dẫn có thể tạo nên từ trường rất mạnh.

- Vật liệu siêu dẫn có nhiều ứng dụng quan trọng (tạo từ trường mạnh,...).
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đang tìm cách chế tạo vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao.

II- BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI
1. Định luật Ôm cho dòng điện trong kim loại \(I = \frac{U}{R}\)
Trong đó:

• R: điện trở dây dẫn kim loại (W)
• U: hiệu điện thế giữa hai đầu dây kim loại (V)

2. Điện trở của dây dẫn kim loại hình trụ
\(R = \rho \frac{l}{S}\)
Trong đó:

• ρ: điện trở suất của kim loại
• l: chiều dài kim loại
• S: tiết diện của dây dẫn

Sự phụ thuộc của điện trở kim loại vào nhiệt độ: \(\begin{array}{l}R = {R_0}{\rm{(}}1 + \alpha (t - {t_0}){\rm{)}}\\\rho = {\rho _0}{\rm{(}}1 + \alpha (t - {t_0}){\rm{)}}\end{array}\)
Điện trở của dây dẫn: 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

3. Suất điện động nhiệt điện
\(E = {\alpha _T}({T_1} - {T_2})\)
Trong đó:

• T: nhiệt độ (tuyệt đối)
• α_T: hệ số nhiệt điện động (K-1)
• E: Suất điện động của cặp nhiệt điện (V)