Các nguyên tố kim loại luôn là những chất liệu đặc biệt có khả năng dẫn điện vượt trội. Nhưng tại sao lại vậy? Để hiểu điều này, chúng ta cần tìm hiểu về chất dẫn điện và độ dẫn điện. Bài viết dưới đây sẽ giải đáp những câu hỏi này, đồng thời tìm hiểu về các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện của kim loại, khả năng dẫn điện của vật và cuối cùng, chất nào được coi là chất dẫn điện tốt nhất trong số chúng. Ngoài ra, bạn cũng sẽ tìm hiểu về các ứng dụng của bạc, vàng và đồng trong việc chuyển dẫn điện.
Tại sao các nguyên tố kim loại có thể dẫn điện
Trước khi tìm hiểu về những kim loại dẫn điện tốt nhất, trước tiên chúng ta cần hiểu tại sao chúng có khả năng dẫn điện. Đúng như các bạn đã biết, các nguyên tử bên trong kim loại tạo thành một cấu trúc mà thông qua đó, các electron ở bên ngoài có thể tự do di chuyển dễ dàng. Thay vì bị trói buộc tại các nguyên tử riêng lẻ, electron sẽ xoay quanh hạt nhân dương của các ion kim loại tương tác. Sau đó, chúng sẽ tự do di chuyển tạo nên một môi trường dẫn điện tốt cho kim loại.Chất dẫn điện là gì?
Dẫn điện là tính chất của một môi trường cho phép các hạt mang điện dịch chuyển qua nó khi bị ảnh hưởng bởi yếu tố bên ngoài. Chất dẫn điện là một loại chất cho phép dòng điện chạy qua nó theo một hay nhiều hướng. Chất dẫn điện có thể là kim loại, dung dịch chất điện phân, hoặc nước... Tuy nhiên, tính dẫn điện của kim loại khác với tính dẫn điện của chất điện phân.
Định nghĩa độ dẫn điện
Độ dẫn điện là một đại lượng biểu thị mức độ truyền tải dòng điện, hay nói cách khác là khả năng dẫn điện của một chất. Độ dẫn điện phụ thuộc vào các hạt mang điện tích (ion). Các ion này có thể mang điện tích âm (-) hoặc dương (+). Định luật Ohm về sự dẫn điện cho biết "Dòng điện tỷ lệ thuận với điện trường tương ứng và tỷ lệ nghịch với độ dẫn điện", và nó được biểu thị như sau:Mật độ dòng điện = Cường độ điện trường x độ dẫn điện
Độ dẫn điện là nghịch đảo của điện trở suất, và cả hai giá trị này đều là những giá trị không có hướng. Đơn vị của độ dẫn điện thường là milliSiemans trên một centimet (mS/cm), trong khi ở Mỹ thì đơn vị % IACS (International Annealed Copper Standard) được sử dụng. Đối với các đường điện cao thế, độ dẫn điện của dây trần thường được biểu thị bằng % IACS.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dẫn điện của kim loại
Độ dẫn điện của kim loại bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố sau:- Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao thì khả năng dẫn điện của kim loại càng giảm vì các electron tự do chuyển động không gắn kết sẽ chuyển động thành dòng khi được kết nối với nguồn điện. Khi nhiệt độ tăng, cấu trúc tinh thể của kim loại dao động mạnh hơn làm cản trở dòng electron tự do trong kim loại. Một số chất dẫn điện tốt ở nhiệt độ rất thấp sẽ trở thành chất siêu dẫn.
- Tạp chất: Kim loại dẫn điện kém đi nếu có nhiều tạp chất được thêm vào.
- Hình dáng và kích thước: Vật liệu dày có khả năng dẫn điện tốt hơn so với vật liệu mỏng có cùng chiều dài và bề ngang. Nếu hai mẫu cùng có độ dày như nhau, mẫu dài sẽ dẫn điện kém hơn mẫu ngắn. Mỗi kim loại có độ dẫn điện riêng, chủ yếu do mật độ electron tự do của chúng.
Khả năng dẫn điện của vật là gì
Khái niệm chung, kim loại, chất bán dẫn, dung dịch điện phân, hay một số phi kim loại có khả năng dẫn điện. Khả năng dẫn điện của một vật không dẫn điện được xác định bởi số electron tự do ở lớp ngoài cùng của nguyên tử và cấu trúc tinh thể của nó. Nếu kim loại có nhiều electron tự do, nó sẽ có khả năng dẫn điện tốt, trong khi rất ít phi kim loại có số electron tự do nên không dễ dẫn điện. Graphit thì dẫn điện, còn kim cương thì không, do cấu trúc tinh thể của chúng khác nhau. Chất điện phân dẫn điện do tạo ra anion và cation khi các hợp chất ion bị hòa tan hoặc nóng chảy, tạo thành môi trường dẫn điện.Độ dẫn điện của chất quyết định chất nào dẫn điện tốt nhất
Độ dẫn điện của chất rắn là sự di chuyển dài của electron hoặc ion trong chất rắn dưới tác động của điện trường, thường bị chi phối bởi loại hạt tải điện như hạt dẫn điện tử, hạt dẫn điện với chất tải chính; độ dẫn ion, bị chi phối bởi ion dẫn điện dựa trên chất mang; chất dẫn hỗn hợp có cả electron và ion là hạt tải. Ngoài ra, một số hiện tượng điện không do di chuyển của các hạt tải điện gây ra mà do sự phân cực chất rắn dưới tác động của điện trường, như hiện tượng điện môi và vật liệu điện môi.Sau khi đã hiểu hai khái niệm cơ bản về các chất dẫn điện, ta có thể kết luận là kim loại sẽ là chất dẫn điện tốt nhất.
>>> Xem thêm: Vật chất là gì?
Chất nào dẫn điện tốt nhất
Kim loại là chất dẫn điện tốt nhất và được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Vậy kim loại dẫn điện tốt nhất là kim loại nào?
Kim loại dẫn điện tốt nhấtTính dẫn điện của kim loại được xác định bằng điện trở suất, tức là giá trị điện trở của các kim loại khác nhau có cùng diện tích tiết diện và cùng chiều dài. Kim loại có điện trở suất càng nhỏ, độ giảm điện áp trên dây dẫn khi đi qua cùng một dòng điện càng nhỏ và công suất tiêu thụ của đường dây tải điện cũng nhỏ. 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
Ứng dụng của các chất dẫn điện tốt nhấtSau khi đã tìm ra câu trả lời cho câu hỏi chất nào dẫn điện tốt nhất, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về ứng dụng của các chất này. Vậy chất dẫn điện tốt nhất này được ứng dụng như thế nào trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta?
Ứng dụng của bạc
Bạc là kim loại dẫn điện tốt nhất, tuy nhiên lại là một kim loại quý, có giá trị cao. Và do tính dẻo kém và độ bền thấp, bạc ít được sử dụng trong các vật liệu dẫn điện. Tuy vậy, vật liệu bạc có thể được ứng dụng trong ngành điện tử để làm vật liệu tiếp xúc điện, vật liệu composite và vật liệu hàn. Nhà khoa học tin rằng các vật liệu composite bạc có tiềm năng trong ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện tử.Ứng dụng của vàng
Mặc dù vàng có độ dẻo cao hơn bạc và có thể dễ dàng chế tạo thành lá vàng có độ mỏng chỉ 0,003mm, nhưng nó là một nguyên tố hiếm trên trái đất. Độ dẫn điện của vàng cũng kém hơn so với đồng, tuy nhiên độ ổn định hóa học lại cao hơn. Do đó, vàng có thể được sử dụng làm lớp bảo vệ cho các bộ phận kim loại trong một số thiết bị điện tử có yêu cầu cao hơn.
Ứng dụng của chất dẫn điện tốt vàngVàng hoặc hợp kim của vàng và paladi có vai trò dẫn điện trong các ứng dụng sinh học và trong các vật liệu không dẫn điện khác như nhựa và thủy tinh trong kính hiển vi điện tử quét.
Ứng dụng của đồng
Đồng là một chất dẫn điện xuất sắc, cũng có khả năng dẫn nhiệt xuất sắc và xếp thứ ba trong số các kim loại, chỉ sau bạc và vàng. Chính vì vậy, đồng thường được sử dụng trong việc chế tạo lò sưởi, các thiết bị ngưng tụ và trao đổi nhiệt. Đặc tính dẻo và khả năng gia công tốt của đồng cho phép nó được sử dụng trong chế tạo các bộ phận trong các ngành công nghiệp như sản xuất máy bay, tàu thủy và ô tô.
Bên cạnh đó, các hợp chất của đồng cũng có ứng dụng đáng kể. Đồng vonfram đã được sử dụng để tạo ra các tiếp điểm điện và giá đỡ bán dẫn, và trong mười năm qua, nó đã được sử dụng làm vật liệu chính cho vòi phun tên lửa. Đồng và các hợp chất của nó được coi là một trong những thành phần quan trọng của chất siêu dẫn hiện đại.
Với sự phủ đầu đến từ những chất kim loại như bạc, vàng và đồng, không ngạc nhiên khi chúng được coi là những chất dẫn điện tốt nhất. Hiểu rõ về cơ chế độ dẫn điện và những yếu tố ảnh hưởng đến nó sẽ giúp chúng ta nắm bắt tốt hơn về khả năng dẫn điện của vật chất. Từ đó, ta có thể áp dụng kiến thức này vào nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghệ thông tin, điện tử cho đến y học và năng lượng tái tạo. Với sự tiến bộ không ngừng, việc tìm hiểu và khai thác những chất nào có khả năng dẫn điện tốt nhất sẽ mang lại những phát kiến đột phá và đưa chúng ta tiến xa trên con đường phát triển công nghệ.
Facebook