Hạt tải điện trong kim loại là gì? Trong khi học môn Vật Lý hoặc môn Hóa, chắc hẳn đã ít nhất một lần chúng ta bắt gặp khái niệm hạt tải điện. Tuy nhiên hại tải điện trong kim loại là gì và bản chất hoạt động của nó ra sao là điều không phải ai cũng nắm được rõ. Nếu bạn đang cần tìm thông tin về hạt tải điện trong kim loại thì hãy theo dõi ngay bài viết dưới đây nhé.
Hạt tải điện trong kim loại là gì?
Mục lục bài viết
Trước hết, ta cần tìm hiểu khái niệm hạt tải điện là gì. Hạt tải điện là loại hạt có thể truyền tải dòng điện đi. Đó là các hạt mang điện như electron, khi được đặt vào giữa một điện trường thì nó sẽ chuyển động có hướng.
Hạt tải điện trong kim loại là gì? Hạt tải điện trong kim loại là các electron hoá trị đã bị bay ra khỏi tinh thể. Mật độ của các electron tự do trong kim loại rất cao nên kim loại có tính dẫn điện rất tốt. Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do.
Bạn có thể quan tâm
công của lực điện không phụ thuộc vào
có mấy loại mối nối dây dẫn điện
Electron là gì?
Electron hay còn gọi là điện tử là một hạt nguyên tử, có ký hiệu là e. Điện tích của electron bằng -1 điện tích cơ bản. Các electron thuộc thế hệ thứ nhất trong họ các hạt lepton. Chúng được coi là các hạt cơ bản vì không bao gồm các thành phần nhỏ hoặc các cấu trúc con.
Electron có khối lượng xấp xỉ khoảng bằng 1/1836 so với proton. Các tính chất cơ học lượng tử của electron bao gồm giá trị momen động lượng bằng một nửa đơn vị, được biểu thị theo đơn vị của hằng số Planck thu gọn. Chính vì vậy, một fermion trong hệ cô lập không có 2 electron nào có thể tồn tại ở cùng một trạng thái lượng tử theo như nguyên lý loại trừ Pauli.
Electron đóng vai trò cơ bản ở nhiều hiện tượng vật lý như hoá học, điện học, từ học và độ dẫn nhiệt. Bên cạnh đó, electron cũng tham gia vào tương tác hấp dẫn và điện từ. Một electron mang điện tích được bao xung quanh là điện trường. Nếu electron chuyển động tương đối với một người thì nó sẽ cảm ứng mộ từ trường.
Trong mô hình chuẩn của vật lý hạt, các electron thuộc về nhóm các hạt hạ nguyên tử được gọi là lepton cho những hạt cơ bản. Electron có khối lượng nhỏ nhất trong nhóm lepton (đồng thời cũng là nhỏ nhất trong nhóm các hạt mang điện) và nó thuộc về thế hệ thứ nhất của hạt cơ bản. Các thế hệ thứ hai và thứ ba bao gồm các lepton mang điện, các hạt muon và hạt tau. Các hạt này có giá trị điện tích, spin và tham gia tương tác giống với electron nhưng sẽ có khối lượng lớn hơn. Lepton khác so với những thành phần cơ bản khác của vật chất và lepton không tham gia vào các tương tác mạnh.
Các liên kết hoá học giữa nguyên tử chính là các tương tác điện từ giữa chúng, được miêu tả theo định luật của cơ học lượng tử. Liên kết mạnh nhất hình thành bởi việc chia sẻ hoặc cho nhận các electron giữa các nguyên tử, từ đó dẫn đến việc hình thành nên các phân tử.
Trong mỗi phân tử, các electron chuyển động dưới ảnh hưởng của một số hạt nhân. Các electron này chiếm giữ các orbital phân tử giống như việc chúng chiếm giữ các orbital trong một nguyên tử cô lập. Một yếu tố cơ bản khác trong cấu trúc phân tử đó chính là sự tồn tại của các cặp electron.
Bản chất của dòng điện trong kim loại
Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hoá trị sẽ trở thành các ion dương. Trong đó, các ion dương liên kết với nhau theo một trật tự để tạo nên mạng tinh thể kim loại. Chuyển động nhiệt của càng ion càng yếu thì mạng tinh thể kim loại càng ổn định hơn.
Các electron hoá trị bị tách khỏi nguyên tử và trở thành các electron tự do với mật độ n không thay đổi. Chúng sẽ chuyển động tự do và hỗn loạn tạo thành khí electron tự do chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại đó và không sinh ra bất kỳ dòng điện nào.
Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra sẽ đẩy khí electron trôi ngược lại với chiều điện trường để tạo ra dòng điện.
Sự mất trật tự của các mạng tinh thể cản trở chuyển động của electron tự do là nguyên nhân gây ra điện trở kim loại. Các dạng mất trật tự thường gặp là sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học, chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể hay các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại. Điện trở của kim loại thường rất nhạy cảm với các yếu tố kể trên.
Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại cho biết rằng hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ tồn tại của chúng thường rất cao nên kim loại có khả năng dẫn điện rất tốt. Một số tính chất khác của dòng điện trong kim loại cũng có thể được suy luận ra từ thuyết này.
Lưu ý: dòng điện trong kim loại không có tác dụng tĩnh điện
Lời kết
Như vậy chúng ta đã hiểu được hạt tải điện trong kim loại là gì, và bản chất của dòng điện trong kim loại qua những thông tin chúng tôi cung cấp ở phía trên. Hy vọng những thông tin này sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình học tập môn Vật Lý, Hoá Học, đồng thời ứng dụng được vào thực tiễn cuộc sống hàng ngày.
