Chất dẫn điện là một nguyên vật liệu có thể cho dòng điện đi qua nó, truyền tải năng lượng điện đi từ nơi này sang nơi khác. Các chất thường dùng làm cầu nối thường là kim loại nhờ đặc tính dẫn điện siêu tốt. Hoạt động dẫn điện của các chất dẫn đi đến nhiều hướng tạo sự linh hoạt cho con người sử dụng.
Chất dẫn điện là gì?
Chất dẫn điện là chất có khả năng cho dòng điện đi qua mình và phân tán đến nơi khác. Nhắc đến các vật liệu dẫn điện tốt nhất trên thị trường người ta sẽ nghĩ ngay đến kim loại mà không phải là hợp chất nào khác. Với khả năng cho dòng điện đi qua nhờ vào các electron tự do và proton mang điện chuyển động tự do trong kim loại.
Bên cạnh đó, không chỉ có khả năng truyền dẫn dòng điện, chất liệu dẫn điện còn cho phép nguồn nhiệt và ánh sáng đi qua thông qua các quá trình trao đổi và truyền tải điện năng. Vật dẫn điện là loại vật liệu được sử dụng truyền điện cũng bao gồm các bộ phận cấu thành của chất liệu dẫn điện.
Sự phát triển của con người kéo theo những vấn đề về nhu cầu về cuộc sống, xã hội và kinh doanh ngày càng tiến bộ theo. Nhu cầu tiêu thụ điện năng là một trong những vấn đề cốt yếu mà con người cần phải có trong mọi hoạt động hằng ngày của mình, do đó việc ra đời các chất liệu có khả năng dẫn điện là điều rất cần thiết.
Đặc trưng của chất liệu có khả năng dẫn điện
Không phải đơn giản mà các kim loại có khả năng dẫn điện được mà khi xác định chúng ta cần phải tìm hiểu về đặc trưng riêng biệt của từng chất liệu có khả năng dẫn điện để tìm điểm giống nhau. Hầu hết các chất dẫn điện được nghiên cứu tính đến hiện tại là có trái đất, con người nhưng kim loại giữ một vị trí quan trọng nhất.
Những kim loại được tận dụng để làm chất dẫn điện
Những kim loại phổ biến nhất được tận dụng trở thành chất liệu tốt để truyền dẫn điện năng gồm có: đồng, bạc, vàng, nhôm,… Các chất được giới thiệu bên trên là chất ở thể rắn trong điều kiện bình thường, có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt, đặc biệt bản chất của kim loại có tính khử dễ dàng nhường các hạt nhân electron tự do.
Dù mang bản chất là kim loại nhưng mỗi chất sẽ có một đặc trưng và tính chất khác biệt do việc tổ chức và sắp xếp của các electron bên trong khác nhau. Trước hết, khả năng dẫn điện cao nhất và tốt nhất chính là Ag nhưng giá thành khá cao nên việc sử dụng bạc để làm vật liệu dẫn điện vẫn còn là một hạn chế.
Đứng thứ hai là Cu, đây là loại chất dẫn điện được sử dụng phổ biến nhất vì khả năng dẫn điện tốt và giá thành rẻ nên thường được thay thế cho Ag. Vàng và nhôm đứng ở hạng mức dẫn điện khá và trung bình, quá trình chế tạo thành các dây dẫn nhiều thời gian, công đoạn phức tạp và giá thành cao nên chưa được sử dụng nhiều.
Nguyên lý hoạt động của các kim loại dẫn điện
Nguyên lý hoạt động chung của các chất dẫn điện đại diện là kim loại là nhận điện năng từ nơi mang nguồn điện đến nơi mà vật dẫn điện được nối vào, cung cấp điện năng cho điểm đến. Các hạt điện tích trong các chất có khả năng dẫn điện có thể chuyển động liên tục không ngừng trong mà đại diện đặc trưng nhất đó là electron.
Một ví dụ khá đơn giản sau đây sẽ giúp bạn có cái nhìn tổng quát hơn về sự dẫn điện là sử dụng một dây dẫn điện mắc với nguồn và một thiết bị cần điện để hoạt động. Sự dẫn điện trên chiều dài của đoạn dây từ đầu nguồn tới thiết bị nhận điện thành công thì dây dẫn ấy chính là vật dẫn điện.
Có bao nhiêu loại chất dẫn điện
Mặc dù có nhiều thành phần và nhiều loại chất liệu dẫn điện khác nhau nhưng để phân loại sự khác nhau giữa chúng còn khá bất lợi và khó khăn với các nhà nghiên cứu. Chính vì vậy, họ đã căn cứ và dựa vào trị số của điện trở suất mà phân chia các chất liệu dẫn điện thành 2 loại chính đó là chất có mức điện trở suất thấp và cao.
Loại chất dẫn dòng điện có điện trở suất thấp
Những dòng kim loại phổ biến bạn thường thấy dùng để chế tác các đường dây dẫn điện tiêu biểu là loại chất dẫn có điện trở suất thấp và điện dẫn suất cao. Các nhà vật lý học đã chứng minh được các chất có điện trở suất càng thấp, điện dẫn suất càng cao thì phát huy được khả năng dẫn điện càng tốt và ngược lại.
Các chất dẫn có điện trở suất thấp như Ag, Cu, Al, Au,… và các hợp kim của chúng thường được ứng dụng làm chất dẫn điện. Khả năng chịu nhiệt, dẫn điện tốt, dòng điện đi qua không bị hao tổn điện năng nhiều chính là yếu tố đầu tiên để được lựa chọn để làm dây dẫn, dụng cụ thử điện, vật dụng truyền tải điện năng cho con người.
Loại chất dẫn điện với điện trở suất cao
Nhóm thứ hai được phân ra từ chất có khả năng dẫn điện là loại có điện trở suất cao, điện dẫn suất thấp như: Mangan, Niken, Cacbon, Crom, Constantan,… Chúng được sử dụng khá phổ biến để chế tạo các máy móc đo đạc cường độ dòng điện, hiệu điện thế, máy biến áp, đo đạc điện trở và các thiết bị đun nóng từ dòng điện.
Yếu tố tác động đến khả năng dẫn điện của chất dẫn
Điện trở suất là những số liệu minh họa cho khả năng cản trở dòng điện của một chất, không bị phụ thuộc vào nguồn điện như điện trở mà nằm ở bản chất bên trong của loại chất đó. Thông qua số liệu đo đạc được từ điện trở suất chúng ta sẽ tìm ra được các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của các chất được nêu bên trên.
Hình dáng và chất liệu của chất dẫn điện
Điện trở suất tỷ lệ thuận với tiết diện và tỉ lệ nghịch với chiều dài do vậy hình dáng và chất liệu dẫn điện là nhân tố ảnh hưởng đầu tiên đến khả năng dẫn điện của các chất. Khi chọn các chất liệu có khả năng dẫn điện nên chọn những loại có khả năng dẫn điện tốt và phù hợp với giá thành phải bỏ ra.
Kích thước của những nguyên liệu dẫn điện
Vật liệu dày sẽ có khả năng dẫn điện tốt hơn vật liệu mỏng, diện tích tiết diện càng nhỏ thì khả năng dòng điện đi qua sẽ càng lớn. Tương tự, xét đến chiều dài của vật dẫn điện, vật liệu nào có độ dài càng ngắn thì sẽ dẫn điện được tốt hơn. Chất dẫn điện được ưa chuộng là phải đạt chuẩn yêu cầu về hình dáng, kích thước riêng.
Nhiệt độ chịu đựng của các chất dẫn điện
Ngoài ra, một nhân tố khác ảnh hưởng đến quá trình và toàn bộ khả năng truyền dẫn điện đó là nhiệt độ chịu đựng hay còn gọi là nhiệt độ tới hạn của các chất được chọn làm vật dẫn điện. Chúng ta đều biết rằng trong quá trình dẫn điện, điện năng truyền đi càng lớn thì sẽ sinh ra một lượng nhiệt càng lớn tỏa ra.
Những chất dẫn điện ngoài việc có khả năng cho dòng điện đi qua tốt còn phải đáp ứng yêu cầu chịu nhiệt tốt, không bị ảnh hưởng khi điện năng tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải. Các chất dẫn vẫn hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ lên cao đột ngột sẽ trở thành vật siêu dẫn và được ứng dụng rất nhiều.
Chất dẫn điện có tác dụng gì trong cuộc sống
Khi có sự xuất hiện của chất dẫn dòng điện, cuộc sống con người và nhu cầu của họ về khoa học công nghệ được đáp ứng một cách triệt để nhất. Trong gia đình, trong hoạt động sản xuất đều trang bị chất dẫn có khả năng truyền tải điện năng đi khắp nơi, cung cấp điện cho tất cả thiết bị, thường thấy nhất là dây dẫn bằng kim loại.
Hỗ trợ mọi hành vi sử dụng điện trong đời sống sinh hoạt
Chất dẫn điện ngày nay được ứng dụng vô cùng rộng rãi và phổ biến trong đời sống sinh hoạt đặc biệt hỗ trợ mọi hành vi sử dụng đồ điện của con người. Từ những công việc cơ bản nhất như nấu ăn, học tập, sinh hoạt hằng ngày đều phải sử dụng liên quan đến những ứng dụng của chất có khả năng dẫn điện.
Kim loại đồng, thép, đồng thau, nhôm là những vật liệu được sử dụng chủ yếu trong các mạch điện ngầm của gia đình bạn, có thể dễ thấy nhất là dạng dây dẫn điện. Nhôm có thể lưu trữ nhiệt độ cho thức ăn, bảo quản thực phẩm nên được dùng để sản xuất các dụng cụ trong nhà bếp như: nồi, xoong, chảo, muỗng, nĩa, đũa, vá,…
Chất dẫn nơi tạo ra nguồn dẫn cho hoạt động sản xuất
Ứng dụng của những nguyên liệu trong hoạt động sản xuất rất mạnh mẽ, hầu hết mọi nơi tạo ra nguồn dẫn của vật liệu này đều có những phát minh rất vĩ đại. Trong số đó, bộ tản nhiệt xe hơi được làm từ chất dẫn điện có khả năng loại bỏ nhiệt ra khỏi động cơ giúp máy móc hoạt động đúng mức công suất mà không bị ảnh hưởng.
Kim loại sắt được dùng phổ biến nhất để sản xuất và chế tạo các loại máy móc có chứa động cơ nhằm mục đích tản nhiệt. Hơn thế nữa, các tấm sắt làm nên thép sử dụng trong công nghiệp sản xuất tấm tôn lạnh, nóc nhà sẽ có khả năng hấp thụ nhiệt một cách nhanh chóng.
Ngoài mặt hoạt động sản xuất trong công nghiệp, chất dẫn còn được ứng dụng trong ngành y tế và dụng cụ đo nhiệt độ, nhiệt kế chính là sản phẩm thành công nhất của chất dẫn thủy ngân. Chất dẫn có vai trò đặc biệt trong toàn bộ hoạt động của xã hội, là loại vật liệu tiên tiến nhất mà con người nên tìm hiểu và sử dụng ngay lúc này.
Lời kết
Chất dẫn điện là một quá trình nghiên cứu đầy sáng tạo của nhân loại, việc phát minh và tìm ra những nguyên tố có thể đưa nguồn điện đến với tất cả mọi người. Công dụng của các vật liệu có khả năng tải điện là nhiều vô số kể, giúp ích cho mọi hoạt động của bạn một cách toàn diện nhất và an toàn nhất.
