I) Sự phụ thuộc của điện trở suất, điện trở của kim loại theo nhiệt độ
1) Khi nhiệt độ tăng
Khi nhiệt độ tăng, dao động nhiệt của các ion + dao động mạnh hơn nên va chạm nhiều hơn, gây cản trở nhiều hơn, với êlectron chuyển động có hướng làm điện trở kim loại tăng.
Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất :
$\rho ={{\rho }_{0}}\left[ 1+\alpha \left( t-{{t}_{0}} \right) \right]$
+ ${{\rho }_{o}}$ : điện trở suất ở ${{t}_{o}}\left( ^{o}C \right),$ thường ở ${{20}^{o}}C$ $\left( \Omega m \right)$
+ Hệ số nhiệt điện trở $\alpha $ phụ thuộc vào nhiệt độ, độ sạch và chế độ gia công vật liệu $\left( {{K}^{-1}} \right)$
2) Khi nhiệt độ giảm
+ Khi nhiệt độ giảm, dao động nhiệt của các ion dương trong mạng tinh thể của kim loại cũng giảm theo làm cho điện trở giảm.
+ Khi T đến gần ${{0}^{0}}K$ , điện trở của kim loại sạch đều rất nhỏ.
+ Khi nhiệt độ $T\le {{T}_{C}}$(nhiệt độ tới hạn) thì điện trở suất của vật dẫn giảm đột ngột xuống bằng 0, hiện tượng đó gọi là hiện tượng siêu dẫn. Khi đó, kim loại hoặc hợp kim có tính siêu dẫn.
* Ứng dụng: Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra từ trường mạnh, tải điện bằng dây siêu dẫn thì hao phí điện năng trên đường dây không còn nữa
II) Hiện tượng nhiệt điện
+ Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau.
+ Khi nhiệt độ hai mối hàn ${{T}_{1}},{{T}_{2}}$ khác nhau trong mạch xuất hiện suất điện động nhiệt điện
$\xi ={{\alpha }_{T}}({{T}_{1}}-{{T}_{2}})$
${{\alpha }_{T}}$ là hệ số nhiệt điện động phụ thuộc vào bản chất hai loại vật liệu làm cặp nhiệt điện. đơn vị $\left( V{{K}^{-1}} \right)$
${{T}_{1}},{{T}_{2}}$ là nhiệt độ tuyệt đối của đầu nóng, đầu lạnh$\left( K \right)$ .
Chú ý: $T=273+{{t}^{0}}C$
* Ứng dụng: Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ
Điện trở của vật dẫn kim loại được tính theo công thức $ R=\dfrac{\rho l} S $
Trong đó, $ \rho $ là điện trở suất của kim loại ( $ \Omega .m $ ), l là chiều dài của vật dẫn kim loại (m), S là diện tích tiết diện thẳng của vật dẫn ( $ { m ^ 2 } $ )
Như vậy điện trở của kim loại không phụ thuộc trực tiếp vào hiệu điện thế hai đầu vật dẫn kim loại
Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức $ \rho ={{\rho }_ 0 }\left[ 1+\alpha \left( t-{ t _ 0 } \right) \right] $
Trong đó, $ \rho $ là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ t, $ {{\rho }_ 0 } $ là điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ $ { t _ 0 } $
Kim loại là chất dẫn điện tốt vì mật độ êlectron tự do trong kim loại lớn
Vì kim loại dẫn điện tốt nên điện trở suất của nó nhỏ, điện dẫn suất của nó lớn.
Dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại gây ra tác dụng nhiệt, nhiệt lượng tỏa ra được tính theo biểu thức của định luật Jun – Len-xơ
Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng theo.
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng xảy ra khi nhiệt độ hạ xuống dưới nhiệt độ $ { T _ C } $ nào đó thì điện trở của kim loại giảm đột ngột đến giá trị bằng không
Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của kim loại tăng
Tác dụng đặc trưng nhất của dòng điện là tác dụng từ. Tác dụng này càng thể hiện rõ trong trường hợp siêu dẫn
Khi nhiệt độ của dây kim loại giảm, điện trở của nó giảm đi.
Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động khi hai đầu nối của hai kim loại khác bản chất được giữ ở nhiệt độ khác nhau.
Điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức $ R={ R _ 0 }\left[ 1+\alpha \left( t-{ t _ 0 } \right) \right] $
Trong đó, R là điện trở của kim loại ở nhiệt độ t, $ { R _ 0 } $ là điện trở của kim loại ở nhiệt độ $ { t _ 0 } $
Suất điện động nhiệt điện được tính theo công thức $ { E _ T }={{\alpha }_ T }\left( { T _ 1 }-{ T _ 2 } \right) $
Như vậy, suất điện động nhiệt điện phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ mối hàn ( $ { T _ 1 }-{ T _ 2 } $ ) và bản chất hai kim loại ( $ {{\alpha }_ T } $ )
Suất điện động nhiệt điện được tính theo công thức $ {{ E }_ T }={{\alpha }_ T }\left( { T _ 1 }-{ T _ 2 } \right) $
Như vậy, suất điện động nhiệt điện tăng khi chênh lệch nhiệt độ hai mối hàn tăng.
Ta có điện trở Rt = R0[1 + α(t - t0)] = R0(1 + αΔt).
Với các kim loại thì khả năng dẫn điện tốt và có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ
ρ = ρ0[1 + α(t - t0)]
Trong thực tế, vật liệu siêu dẫn chưa được sử dụng rộng rãi vì nhiệt độ siêu dẫn $ { T _ C } $ còn rất thấp, ta chưa chế tạo được vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng.
Cặp nhiệt điện hai dây dẫn có bản chất khác nhau hàn nối với nhau tạo thành một mạch kín và nhiệt độ của hai mối hàn được giữ khác nhau ví dụ như cặp nhiệt điện đồng – constantan, một mối hàn nhúng vào nước đá đang tan đầu còn lại nhúng vào nước sôi
Vì nhiệt độ hai mối hàn khác nhau nên chuyển động nhiệt của các hạt tải điện trong mạch không đồng nhất làm suất điện suất điện động trong mạch
Công thức tính suất điện động nhiệt điện là $ { E _ T }={{\alpha }_ T }\left( { T _ 1 }-{ T _ 2 } \right) $ trong đó $ {{\alpha }_ T } $ là hệ số nhiệt điện động, $ \left( { T _ 1 }-{ T _ 2 } \right) $ là hiệu nhiệt độ giữa hai mối hàn
Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng xảy ra khi giảm điện trở của kim loại xuống dưới một giá trị $ { T _ C } $ nào đó thì điện trở của nó đột ngột giảm về không, vật dẫn không cản trở dòng điện.
Các kim loại khác nhau có nhiệt độ siêu dẫn $ { T _ C } $ khác nhau
Nhiệt độ siêu dẫn cao nhất mà có thể tạo ra được là $ { T _ C }={{134}^ { ^\circ }}K $
Hệ số α phụ thuộc vào bản chất kim loại, nhiệt độ.
Điện trở của vật liệu siêu dẫn bằng 0 nên dòng điện có khả năng tự duy trì dòng điện trong mạch sau khi ngắt bỏ nguồn điện hay nói cách khác, không cần duy trì một hiệu điện thế trong mạch vẫn có thể có dòng điện
Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại tăng
Xem thêm các bài tiếp theo bên dưới