Bản chất dòng điện trong các môi trường

Bản chất dòng điện trong các môi trường gồm những môi trường nào? Chúng có những đặc tính nào khác nhau thì hãy cùng xem bài viết này nhé.

1. Dòng điện là gì?

Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các hạt mang điện. Trong các mạch điện, dòng điện tạo ra do sự chuyển dịch của các electron dọc theo dây dẫn. Ngoài ra, hạt mang điện cũng có thể là các ion hoặc chất điện ly. Trong trường hợp plasma thì cả ion và electron đều đóng vai trò này.

2. Bản chất dòng điện trong các môi trường

Dòng điện trong kim loại

Các hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do với mật độ cao, giúp chúng dẫn điện rất tốt. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron dưới tác dụng của điện trường.

Dòng điện trong kim loại bị phụ thuộc vào nhiệt độ vì các chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện. Khi ở 0 độ K thì điện trở của kim loại rất nhỏ.

Sự phụ thuộc điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ:

• Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất: ρ = ρo[1 + α(t – to)]
• Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến bằng 0 khi nhiệt độ ≤ nhiệt độ tới hạn (T ≤ TC).
• Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn T1, T2khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = αT(T1 – T2), αT là hệ số nhiệt điện động.

Dòng điện trong chất điện phân

Trước tiên xác định các chất điện phân, ở đây có thể là dung dịch muối, axit, bazơ , muối nóng chảy,… Thông thường các hạt tải điện trong chất điện phân là các ion dương, ion âm bị phân li từ các phân tử muối, axit, bazơ,…

Trong chất điện phân thì dòng điện dịch chuyển theo hướng theo hai chiều ngược nhau trong điện trường.

So với dòng điện trong kim loại thì trong chất điện phân độ dẫn điện kém hơn vì mật độ các ion trong chất điện phân nhỏ hơn mật độ các electron trong kim loại, khối lượng, kích thước,…

Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo. Hiện tượng điện phân được áp dụng trong các công nghệ luyện kim, hóa chất, mạ điện, …

Dòng điện trong chất khí

Thực chất thì chất khí không dẫn điện, chúng chỉ dẫn điện khi có hạt tải điện do tác nhân ion hóa sinh ra. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của electron và các ion trong điện trường.

Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí xảy ra khi ta phải dùng tác nhân ion hóa từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí. Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo ra sự phóng điện qua chất khí, ta thấy có hiện tượng nhân hạt tải điện.

Có 4 cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:

• Dòng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hoá.
• Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hoá ngay khi nhiệt độ thấp.
• Catôt bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron.
• Catôt không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện.

Dòng điện trong chân không

Chân không lí tưởng là một môi trường trong đó không có một phân tử khí nào. Nó không chứa hạt tải điện nên không dẫn điện. Muốn tạo ra dòng điện chạy giữa 2 điện cực, ta phải đưa các electron vào trong đó.

Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó dưới tác dụng của điện trường.

Dòng điện trong chất bán dẫn

Chất bán dẫn là một nhóm vật liệu mà tiêu biểu là gecmani và silic. Điện trở suất của các chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và điện môi, phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và tạp chất:

• Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất của chất bán dẫn siêu tinh khiết rất lớn.
• Ở nhiệt độ cao, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm.
• Điện trở suất của chất bán dẫn giảm rất mạnh khi pha một ít tạp chất.
• Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác.

3. Thí nghiệm minh họa về bản chất dòng điện

Thí nghiệm 1

Hai bản cực kim loại đặt cách nhau một khoảng trong không khí, nối hai bản kim loại với mạch điện và ampe kế.

Kết quả thu được nếu ampe kế chỉ số 0 chứng tỏ không có dòng điện trong mạch. Suy ra lớp không khí giữa hai bản cực kim loại không dẫn điện.

Thí nghiệm 2

Dùng ngọn đèn cồn đốt nóng lớp không khí giữa hai bản mạch kim loại ta thấy kim của ampe kế bị lệch khỏi giá trị 0.

Điều này cho thấy trong mạch có điện, lớp không khí bị nung nóng giữa hai bản kim loại trở nên dẫn điện.

>>> Xem thêm: Dòng điện là gì? Tổng quan về dòng điện