Chúng ta đều biết rằng hầu hết các kim loại đều là chất dẫn điện và dẫn nhiệt rất tốt, khi đặt điện áp vào kim loại thì kim loại đó ngay lập tức trở thành vật dẫn điện. Vậy cấu tạo bên trong của kim loại là gì và nó dẫn điện như thế nào để tạo thành dòng điện? Hãy nói về nó tiếp theo.
Nguyên nhân kim loại dẫn điện tốt
Dòng điện là sự chuyển động có hướng của các êlectron nên khả năng dẫn điện của kim loại tức là kim loại chứa nhiều êlectron chuyển động tự do là điều kiện cơ bản để dẫn điện. Thực tế, tất cả các kim loại rắn đều là tinh thể. Trong cấu trúc không gian của mạng tinh thể thường là mang các điện tích âm, khi chúng ta có điện áp bên ngoài vào chúng sẽ di chuyển cực nhanh từ đó tạo thành dòng điện.
Dòng điện có tồn tại trong kim loại không?
Khi không có tác động dòng điện bên ngoài, các êlectron trong kim loại liên tục chuyển động ngẫu nhiên như các phân tử, chuyển động hỗn loạn làm cho đặc điểm của nhiều êlectron triệt tiêu lẫn nhau, tốc độ trung bình theo phương nào cũng bằng không nên kim loại không có dòng điện khi không nguồn điện.
Điện trường trên kim loại
Nếu chúng ta đặt một hiệu điện thế ngang qua dây dẫn kim loại, một điện trường sẽ được tạo ra trong kim loại. Tác dụng của lực điện trường sẽ tạo điều kiện cho các êlectron có đủ động năng thoát ra khỏi liên kết của lực hạt nhân và chuyển động ngược chiều điện trường, chính chuyển động có hướng này tạo thành dòng điện trong kim loại và thể hiện độ dẫn điện.
Kim loại nào dẫn điện tốt nhất
Khả năng dẫn dòng điện của một vật được gọi là khả năng dẫn điện. Độ dẫn điện của các kim loại khác nhau là khác nhau, nói chung, bạc có độ dẫn điện tốt nhất, tiếp theo là đồng, vàng và nhôm.
Độ dẫn điện của kim loại được xác định bằng điện trở của nó, nghĩa là giá trị điện trở của các kim loại khác nhau khi có cùng diện tích tiết diện và cùng chiều dài. Khi kim loại có điện trở suất nhỏ hơn chạy qua cùng một dòng điện thì điện áp giảm trên dây sẽ nhỏ hơn. Loại dây truyền tải điện này tiêu thụ ít điện năng hơn và điện trở suất của một số kim loại được liệt kê ở đây để bạn tham khảo.
Bạc: 14,71
Đồng: 16,73
Vàng: 23,5
Nhôm: 26,55
Từ bảng liệt kê trên có thể thấy điện trở suất của bạc là nhỏ nhất, điện trở suất của vàng lớn hơn đồng nhưng nhỏ hơn nhôm. Mặc dù vàng có độ dẻo cao hơn và có thể dễ dàng tạo ra lá vàng 0,003mm, nhưng là một nguyên tố tương đối hiếm trên trái đất, độ dẫn điện kém hơn nhiều so với đồng nhưng tính ổn định hóa học tốt hơn, có thể dùng làm lớp bảo vệ cho các bộ phận kim loại của một số thiết bị điện tử có yêu cầu cao hơn.
Bạc và đồng có tính dẫn điện tốt nhất, nhưng trữ lượng của đồng trên trái đất ít hơn nhiều so với nhôm. Sự phân chia của hai kim loại này trên trái đất không đồng đều và tổng trữ lượng của đồng ít hơn nhiều .Vì vậy, nhôm đã trở thành sự lựa chọn hàng đầu làm dây dẫn truyền điện, hơn nữa nhôm có nhiều ưu điểm, ví dụ như nó giàu tài nguyên, trọng lượng nhẹ và tuổi thọ cao với bề mặt được xử lý tốt. Vì vậy, đồng chỉ thích hợp để chế tạo một số vật liệu điện cô đặc.
Tuy nhiên, các kim loại dẫn điện phổ biến nhất trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta là đồng và nhôm, đồng có thể được sử dụng rộng rãi hơn nhôm, sau cùng thì đồng dẫn điện hơn nhôm. Tại sao không sử dụng bạc? Mặc dù bạc có tính dẫn điện tốt nhất nhưng bạc có giá thành cao hơn và kém dẻo hơn đồng. Do đó, sẽ hợp lý hơn khi sử dụng đồng như một kim loại dẫn điện rộng rãi.
Tiếp theo, chúng ta hãy nói về vàng, như chúng ta đã biết, vàng là kim loại quý, tính dẫn điện của vàng không tốt bằng đồng và bạc, hơn nữa chi phí sử dụng vàng để dẫn điện quá cao. Nhưng vàng vẫn sẽ được sử dụng trong các thành phần cốt lõi của một số sản phẩm công nghệ cao, chẳng hạn như chip điện thoại di động và CPU máy tính. Lý do tại sao vàng được chọn cho những nơi này thay vì chọn bạc và đồng có độ dẫn điện tốt hơn là vì chip và CPU, môi trường làm việc của các thành phần này khắc nghiệt hơn, và vàng có độ dẻo tốt, nó cũng tương đối ổn định và không dễ bị oxy hoá nên được sử dụng cho việc này.
Có thể bạn chưa biết
Trong cuộc sống hàng ngày chúng ta có thể sử dụng điện ngay khi vừa bật công tắc. Các dụng cụ điện như đèn điện gần như là tức thời, và không mất thời gian để mô tả tốc độ của dòng điện. Vậy làm thế nào để đạt được điều này?
Trên thực tế, các electron trong kim loại bên trong dây dẫn được sắp xếp giống như một “cuộc diễu hành”, và hiệu điện thế giống như tổng chỉ huy. có vẻ như nó đang tiến về phía trước. Tất nhiên, electron không lặng lẽ chờ lệnh, nó vẫn liên tục thực hiện chuyển động nhiệt ngẫu nhiên, ngay cả khi nó đang chuyển động có hướng thì chuyển động nhiệt vẫn luôn ở đó. Chính loại êlectron này được “siết chặt” mọi lúc, để dòng điện đến tay người tiêu dùng gần như không tốn thời gian.
