1. Bản chất của dòng điện trong kim loại

Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các ion dương:

• Các ion dương liên kết với nhau một cách trật tự, tạo nên mạng tinh thể kim loại.
• Mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự khi chuyển động nhiệt của các ion càng mạnh.

Các electron hóa trị khi tách ra khỏi nguyên tử sẽ trở thành electron tự do, có mật độ n (là hằng số). Khi chúng chuyển động hỗn loạn sẽ tạo thành khí electron tự do chiếm toàn bộ thể tích của khối kim loại đồng thời không sinh ra dòng điện nào.

Điện trường do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí êlectron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện

Sự mất trật tự của mạng tinh thể sẽ cản trở chuyển động của electron tự do, đây là nguyên nhân gây ra điện cản trở kim loại. Hiện tượng này thường gặp là chuyển động nhiệt của các ion trong mạng tinh thể. Sự méo mạng tinh thể do biến dạng cơ học và các nguyên tử lạ lẫn trong kim loại. Điện trở của kim loại rất nhạy cảm với những yếu tố trên.

Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại cho ta thấy hạt tải điện trong kim loại electron tự do. Các kim loại dẫn điện tốt do mật độ của chúng rất cao.

=> Dòng điện trong kim loại là sự chuyển dời có hướng của các electron tự do, dưới sự tác động của điện trường.

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

Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất:

Trong đó:

+ ρ₀ là điện trở suất ở nhiệt độ t₀^oC (thường ở 20^oC)
+ ρ là điện trở suất ở nhiệt độ t^oC
+ alpha là hệ số nhiệt điện trở (K^-1)

– Hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ; độ sạch và chế độ gia công của vật liệu đó.

3. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp

Điện trở suất của kim loại giảm liên tục khi nhiệt độ giảm. Khi đến gần 0^oK điện trở của kim loại sạch đều rất bé.

Đối với một số kim loại và hợp kim, điện trở suất đột ngột giảm xuống bằng 0 khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn T_c. Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn.

– Ứng dụng của hiện tượng siêu dẫn:

+ Các cuộn dây siêu dẫn được dùng để tạo ra các từ trường rất mạnh.
+ Người ta dùng dây siêu dẫn để tải điện và tổn hao năng lượng trên đường dây không còn nữa.

4. Hiện tượng nhiệt điện

Nếu sợi dây kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của electron sẽ làm cho một phần electron tự do ở đầu nóng dồn về đầu lạnh (đầu nóng sẽ tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm).

– Giữa đầu nóng và đầu lạnh có một hiệu điện thế, trong mạch có một suất điện động ξ. ξ được gọi là suất điện động nhiệt điện, và bộ hai dây dẫn hàn hai đầu và nhau gọi là cặp nhiệt điện: ξ = αt(T₁ – T₂)

Trong đó:

+ T₁ – T₂ : hiệu nhiệt điện ở đầu nóng và đầu lạnh;
+ αt: hệ số nhiệt điện động (phụ thuộc vào bản chất của hai loại vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện).

– Suất điện động nhiệt điện tuy nhỏ nhưng rất ổn định theo thời gian và điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để đo nhiệt độ.