Dòng Điện Trong Kim Loại Là Gì? Lý Thuyết Và Bài Tập

1. Dòng điện trong kim loại là gì? Ví dụ về dòng điện trong kim loại

Các electron tự do có dòng chuyển dời có hướng bị tác động bởi điện trường là dòng điện trong kim loại. Các dòng chuyển dịch mang hướng của các electron tự do ở trong các thanh kim loại khi hai đầu của điện thế có sự chênh lệch nghịch nhau. 

Các electron di chuyển tự do và va chạm với các icon ở nút mạng cũng như truyền động năng qua chúng. Dây dẫn kim loại sẽ bị gây ra điện trở do sự va chạm này. Nhiệt độ, độ tinh khiết và chế độ gia công của vật liệu đó là nhân tố ảnh hưởng đến điện trở. Điện trở suất của kim loại sẽ giảm theo khi nhiệt độ giảm. 

Chiều dịch chuyển của các điện tích dương là chiều quy ước của dòng điện. Chiều dịch chuyển các electron tự do sẽ ngược với chiều của dòng điện trong kim loại. 

2. Bản chất của dòng điện trong kim loại

Theo lý thuyết dòng điện trong kim loại thì dòng điện bản chất của dòng điện trong kim loại là: 

- Khi bị mất electron hóa trị, các nguyên tử trở thành các ion dương (+)

- Các ion dương tạo thành mạng tinh thể kim loại khi liên kết với nhau một cách có trật tự.

- Xung quanh nút mạng, các ion dương dao động nhiệt x.

- Với mật độ n không đổi, các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử thành các electron tự do và chuyển động hỗn loạn tạo thành khí electron tự do.

- Dòng điện được tạo ra khi điện trường E → do nguồn điện ngoài sinh ra đẩy khí electron trôi ngược chiều điện trường.

- Điện trở của kim loại xảy ra do sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do.

- Hạt tải điện trong kim loại có mật độ rất cao và là các electron tự do nên dẫn nhiệt tốt. 

⇒ Dưới tác dụng của điện trường, dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do 

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Lý THPT Quốc gia

3. Sự phụ thuộc của điện trở suất trong kim loại

3.1. Hiện tượng siêu dẫn

Khi nhiệt độ giảm trở suất giảm. Điện trở của kim loại rất bé khi giảm xuống đến gần O độ K. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Tc thì đột ngột điện trở sẽ trở về 0 đối với kim loại và hợp kim gọi là siêu dẫn. 

Sau đây là các ứng dụng: 

• Từ các cuộn dây siêu dẫn từ trường mạnh có thể được tạo ra. 

• Dây siêu dẫn có thể tải điện, năng lượng không bị tiêu hao trong tương lai. 

3.2. Hiện tượng nhiệt điện

Hàn hai đầu với nhau nếu dây kim loại khác nhau. Một mối hàn có nhiệt độ thấp. mối còn lại sẽ lên nhiệt độ cao. Ở từng dây không giống nhau, giữa hai đầu nóng và lạnh sẽ sinh ra hiệu điện thế. Suất điện động nhiệt điện là phần ở trong mạch có E và hay còn được coi là suất điện động nhiệt điện. Cặp nhiệt điện là tên gọi của hai dây dẫn này. 

Theo công thức, suất điện động là:

E = aT(T1−−T2)E = aT(T1−−T2)

Chú thích

T1: Ở đâu có nhiệt độ cao (k)

T2: Ở đâu có nhiệt độ thấp (k)

αT: Nhiệt điện động He (V/K)

4. Một số ứng dụng của dòng điện trong kim loại

Một số ứng dụng của dòng điện trong môi trường kim loại có thể kể đến như: 

• Chế tạo ra nam châm điện mà không hao phí năng lượng tỏa nhiệt vì có từ trường mạnh. 

• Máy quét MRI trong y học, máy chế tạo máy gia tốc mạnh.

• Trong máy tính điện tử siêu tốc sẽ dùng để ngắt mạch điện từ

5. Cách để tạo ra dòng điện

Điều kiện để có dòng điện trong kim loại chạy qua là:

• Giữa hai điểm cần tồn tại một sự khác biệt nên nếu hai điểm trong một đoạn mạch có cùng hiệu điện thế thì dòng điện sẽ không chạy qua.

• Nguồn dòng điện hoặc điện áp, ví dụ pin hoặc tế bào ép các electron tự do tạo thành dòng điện.

• Một dây dẫn hoặc 1 vật dẫn mang điện 

• Một mạch phải được hoàn thành hoặc đóng. Dòng điện không thể chạy qua nếu mạch bị hở. 

6. Một số câu hỏi thường gặp về dòng điện trong kim loại

6.1. Điều kiện để có dòng điện trong kim loại là gì?

• Dây dẫn kim loại trong mạch điện, các hạt mang điện là electron, độ lớn dòng điện bằng độ lớn electron và ngược chiều dòng điện. 

• Khi có thể duy trì một hiệu điện thế giữa 2 đầu vật dẫn.

6.2. Dòng điện trong kim loại không có tác dụng nào?

Không thể tạo ra sự tích điện do ở kim loại thì chất dẫn điện mới là thông dụng nhất, khi đó các hạt nhân tích điện dương (+) sẽ không thể dịch chuyển mà electron tích điện âm mới có khả năng di chuyển tự do trong vùng dẫn. Vậy nên electron là các hạt mang điện trong kim loại.

7. Bài tập trắc nghiệm về dòng điện trong kim loại

Câu 1. Điện trở của nó sẽ thế nào khi nhiệt độ của kim loại tăng

A. Giảm 

B. Không đổi

C. Tăng 

D. Tăng lúc đầu sau đó giảm

Câu 2. Điện trở suất kim loại khi chiều dài của khối kim loại đồng chất tiết diện đều tăng 2 lần là

A. tăng 2 lần             B. giảm 2 lần

C. giữ nguyên           D. tăng 4 lần

Câu 3. Điện trở của khối kim loại khi tiết diện, đường kính của khối kim loại đồng chất tăng 2 lần:

A. tăng 2 lần              B. tăng 4 lần

C. giảm 2 lần             D. giảm 4 lần

Câu 4. Dây dẫn khi có dòng điện chạy qua thì nguyên nhân của hiện tượng tỏa nhiệt là

A. Chuyển động có hướng của electron truyền cho ion dương khi va chạm có năng lượng 

B. Electron khi va chạm được truyền năng lượng dao động của ion dương

C. Khi va chạm năng lượng của chuyển động có hướng của electron truyền cho ion âm 

D. Ion âm truyền cho ion dương khi va chạm, do năng lượng của chuyển động có hướng của electron

Câu 5. Điện trở của kim loại là do 

A. Vì sự va chạm của các electron với các ion dương ở nút mạng

B. Vì sự va chạm của các ion dương ở các nút mạng với nhau

C.Vì các electron va chạm với nhau

D. B và C đúng

Câu 6. Điện trở suất của thanh kim loại cũng tăng khi nhiệt độ tăng là do

A. Các electron tăng lên do chuyển động vì nhiệt tăng lên 

B. Các electron tăng lên do có các chuyển động vì hướng tăng lên 

C. Các ion quanh nút mạng tăng lên có biên độ dao động tăng

D. Các ion quanh nút mạng giảm đi có biên độ dao động tăng

Câu 7. Một cặp nhiệt điện có suất điện động phụ thuộc vào

A. Ở một trong hai đầu cặp, nhiệt độ thấp hơn 

B. Ở một trong hai đầu cặp, nhiệt độ sẽ cao hơn

C. Hiệu nhiệt độ giữa hai đầu

D. Một trong hai kim loại cấu tạo nên cặp và bản chất

Câu 8. Điện trở của kim loại không chịu ảnh hưởng của

A. Nhiệt độ kim loại

B. Bản chất kim loại

C. Kích thước vật dẫn kim loại

D. Hiệu điện thế của vật dẫn kim loại ở hai đầu

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn thi THPT Quốc gia sớm từ mất gốc đến mục tiêu đạt 9+

Câu 9. Hai dây kim loại có pin nhiệt điện 

A. Có một đầu được nung nóng, hàn với nhau

B. Có một đầu được nung nóng, khác nhau hàn với nhau

C. Có một đầu được nung nóng, khác nhau hàn hai đầu với nhau

D. Có một đầu mối hàn được nung nóng, khác nhau hàn hai đầu với nhau

Câu 10. Chọn phát biểu sai

A. Electron là hạt tải điện

B. Nhiệt độ trong kim loại được giữ nguyên thì kim loại sẽ theo định luật Ôm

C. Iôn dương và iôn âm là hạt tải điện trong kim loại 

D. Tác dụng nhiệt xảy ra khi dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại 

Câu 11. Điện trở suất của kim loại khi nhiệt độ của nó tăng lên 2 lần là

A. Tăng 2 lần              B. Giảm 2 lần

C. Giữ nguyên            D. Tăng lên

Câu 12. Chọn phát biểu đúng

Với bản chất khác nhau, hai thanh kim loại tiếp xúc với nhau thì

A. Xảy ra sự khuếch tán electron từ nơi có nhiều electron hơn sang nơi có ít electron hơn

B. Tạo ra sự khuếch tán iôn từ kim loại này sang kim loại kia

C. Xảy ra sự khuếch tán electron từ nơi có mật độ electron lớn sang nơi có mật độ electron nhỏ hơn

D. Không có gì xảy ra

Câu 13. Các dụng cụ nào là cần thiết để đo sự biến đổi của điện trở

A. Đồng hồ đo thời gian và Ôm kế 

B. Vôn kế, cặp nhiệt độ, ampe kế

C. Vôn kế, đồng hồ đo thời gian, cặp nhiệt độ

D. Vôn kế, đồng hồ đo thời gian, ampe kế

Câu 14. Hạt tại điện ở trong kim loại sẽ có tính chất nào sau 

A. Ion (+)          B. Electron tự do

C. Ion (-)           D. Ion (+) và electron tự do

Câu 15. Lý do kim loại dẫn nhiệt tốt

A. Có mật độ electron tự do lớn

B. Khoảng cách giữa ion nút mạng to 

C. Các chất khác có  giá trị điện tích chứa trong mỗi electron tự do của kim loại nhỏ hơn

D. Do các electron tự do có mật độ lớn

Đáp án

Trên đây toàn bộ kiến thức về dòng điện trong kim loại mà VUIHOC chia sẻ với các bạn học sinh. Hy vọng rằng, bài viết này sẽ giúp sẽ giúp các em có thể nắm vững kiến thức và giải các bài tập Hóa dễ dàng. Để đọc thêm nhiều kiến thức Hóa học thú vị khác, hãy truy cập Vuihoc.vn nhé!