Điện trở là gì? Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại là gì?

1. Điện trở là gì? 

1.1. Khái niệm: 

Trong lĩnh vực điện tử và điện từ học, điện trở là một trong những thuộc tính quan trọng nhất của vật liệu và có ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của cuộc sống hiện đại. Điện trở là một đại lượng đo lường khả năng cản trở dòng điện của vật liệu đó. Được định nghĩa là tỉ số giữa điện áp và dòng điện trong một mạch điện, điện trở được biểu diễn bằng đơn vị ohm (Ω).

Điện dẫn hoặc độ dẫn điện là ngược của điện trở và thể hiện khả năng cho dòng điện chạy qua. Điện dẫn được đo bằng đơn vị siemens (S). Điện trở và điện dẫn là hai đại lượng đối nghịch với nhau, nghĩa là khi giá trị của một đại lượng tăng lên thì giá trị của đại lượng kia sẽ giảm xuống.

Điện trở của một vật phụ thuộc chủ yếu vào chất liệu làm nên nó. Một số chất liệu như kim loại có điện trở thấp và điện dẫn cao, trong khi các chất liệu khác như nhựa và gốm có điện trở cao và điện dẫn thấp. Tuy nhiên, điện trở và điện dẫn không chỉ phụ thuộc vào chất liệu mà còn phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của vật thể. Ví dụ, một dây dẫn dài và mỏng có điện trở lớn hơn một dây dẫn ngắn và dày.

Ngoài ra, điện trở của một vật còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tần số của dòng điện. Nhiệt độ là yếu tố có ảnh hưởng đến điện trở của vật liệu nhiều nhất. Khi nhiệt độ tăng lên, điện trở của vật liệu cũng sẽ tăng.

Ngoài những ứng dụng cơ bản của điện trở như trong mạch điện, nó còn đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ như trong công nghiệp ô tô, điện trở được sử dụng để tạo ra các bộ điều khiển và các hệ thống điện tử trong xe hơi. Trong y học, điện trở được sử dụng trong các thiết bị như máy xạ trị và máy đo huyết áp. Trong ngành sản xuất điện tử, điện trở được sử dụng để tạo ra các bộ lọc và bộ nguồn.

Cuối cùng, có một loại đặc biệt của vật liệu được gọi là chất siêu dẫn, có khả năng dẫn điện tuyệt đối và điện trở bằng không. Chất siêu dẫn là các vật liệu rất đắt tiền và khó sản xuất, và được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt như máy bay vũ trụ và MRI.

Tóm lại, điện trở là một thuộc tính quan trọng của vật liệu và có ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của cuộc sống. Từ các mạch điện nhỏ đến những ứng dụng công nghiệp lớn, điện trở đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng và hoạt động của các thiết bị điện tử, và là một trong những lĩnh vực nghiên cứu được quan tâm rất nhiều trong khoa học kỹ thuật.

1.2. Công thức: 

Điện trở (R) được tính bằng tỉ lệ giữa điện áp (V) và dòng điện (I) trong một mạch điện: R = V/I

Trong đó:

– Điện trở được đo bằng đơn vị ohm (Ω)

– Điện áp được đo bằng đơn vị volt (V)

– Dòng điện được đo bằng đơn vị ampere (A)

2. Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại là gì?

Điện trở là một trong những đặc tính quan trọng của kim loại. Nó cho biết khả năng của vật liệu để cản trở dòng điện đi qua. Điện trở của kim loại được gây ra bởi sự phản ứng giữa các electron tự do và các ion dương trong cấu trúc tinh thể của kim loại. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.

Trong kim loại, các electron tự do được tạo ra trong quá trình ion hóa, tạo thành một “đám mây” electron tự do có thể di chuyển thông qua vật dẫn kim loại. Điều kiện để dòng điện chạy trong kim loại là phải có điện áp được tạo ra giữa hai đầu của vật dẫn kim loại. Khi điện áp được áp dụng lên kim loại, electron tự do sẽ bắt đầu di chuyển từ khu vực có năng lượng cao (cực âm) đến khu vực có năng lượng thấp hơn (cực dương) theo hướng của điện áp. Quá trình này tạo ra dòng điện chạy qua kim loại.

Tuy nhiên, độ dẫn điện của kim loại không phải là vô hạn. Các electron tự do chỉ có thể di chuyển một khoảng cách hạn chế trước khi bị phản hồi bởi các ion dương và các electron khác. Điều này làm giảm khả năng dẫn điện của kim loại và gây ra hiện tượng điện trở của kim loại.

Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại liên quan đến cấu trúc của chúng. Trong kim loại, các nguyên tử được bố trí theo kiểu lưới tinh thể, với các electron tự do được chia sẻ giữa các nguyên tử. Các electron này di chuyển tự do trong khối kim loại, góp phần tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, các ion dương của kim loại cũng tương tác với các electron này và gây ra sự phân tán của chúng. Quá trình phân tán này tạo ra sự kháng cự cho dòng điện đi qua, dẫn đến sự cản trở.

Ngoài ra, điện trở của kim loại còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như nhiệt độ, áp suất, độ tinh khiết của kim loại, kích thước và hình dạng của vật liệu. Vì vậy, để giảm điện trở của kim loại, ta có thể tăng nhiệt độ, giảm áp suất hoặc cải thiện độ tinh khiết của kim loại. Bên cạnh đó, cấu trúc của vật liệu có thể được điều chỉnh để đạt được điện trở mong muốn.

Theo công nghệ, điện trở của kim loại được đo và tính toán theo một số công thức và phương pháp. Các nhà khoa học và kỹ sư thường sử dụng những công thức này để thiết kế và xây dựng các thiết bị điện tử, máy móc và công trình xây dựng. Điện trở của kim loại cũng là một trong những yếu tố quan trọng được xem xét khi đánh giá tính bền vững của các sản phẩm và công trình.

Tóm lại, điện trở của kim loại được gây ra bởi sự phản ứng giữa các electron tự do và các ion dương trong cấu trúc tinh thể của kim loại. Điện trở của kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau và có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi các yếu tố này. Hiểu rõ về nguyên nhân và cách giảm điện trở của kim loại là rất quan trọng trong việc thiết kế và sản xuất các sản phẩm và thiết bị điện tử.

3. Bài tập vận dụng: 

Câu 1: Công thức tính hệ số phẩm chất:

A. Q = 2ƒL/r

B. Q = (2L/r)π

C. Q = (2ƒL/r)π

D. Q = 2πƒL

Câu 2:Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Điện trở dùng hạn chế hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện

B. Tụ điện có tác dụng ngăn cản dòng điện 1 chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua

C. Cuộn cảm thường dùng để dẫn dòng điện một chiều, chặn dòng điện cao tần

D. Điện áp định mức của tụ là trị số điện áp đặt vào hai cực tụ điện để nó hoạt động bình thường

Câu 3:. Phát biểu nào sau đây là sai?

A. Trị số điện trở cho biết mức độ cản trở dòng điện của điện trở

B. Trị số điện dung cho biết khả năng tích luỹ điện trường của tụ điện khi có điện áp đặt lên hai cực của tụ điện

C. Công suất định mức của điện trở là công suất tiêu hao trên điện trở mà nó có thể chịu đựng được trong thời gian ngắn mà không hỏng

D. Trị số điện cảm cho biết khả năng tích luỹ năng lượng từ trường khi có dòng điện chạy qua

Câu 4:. Thông số kỹ thuật nào sau đây đặc trưng cho tụ điện?

A. Cảm kháng

B. Độ tự cảm

C. Điện dung

D. Điện cảm

Câu 5:. Tụ điện có thể cho dòng điện:

A. Một chiều đi qua

B. Xoay chiều đi qua

C. Cả dòng xoay chiều và một chiều đi qua

D. Không cho dòng điện nào đi qua

Câu 6:. Đơn vị tính của điện cảm cuộn cảm là:

A. Fara

B. Henry

C. Ôm

D. Cả A,B đều đúng

Câu 7:.Công dụng của điện trở là:

A. Hạn chế dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện

B. Hạn chế hoặc điều khiển dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện

C. Điều chỉnh dòng điện và tăng cường điện áp trong mạch điện

D. Tăng cường dòng điện và phân chia điện áp trong mạch điện

Câu 8:.Công dụng của tụ điện là:

A. Ngăn chặn dòng điện một chiều, cho dòng điện xoay chiều đi qua, lắp mạch cộng hưởng

B. Ngăn chặn dòng điện xoay chiều, cho dòng điện một chiều đi qua, lắp mạch cộng hưởng

C. Tích điện và phóng điện khi có dòng điện một chiều chạy qua

D. Ngăn chặn dòng điện, khi mắc phối hợp với điện trở sẽ tạo thành mạch cộng hưởng

Câu 9:. Để phân loại tụ điện người ta căn cứ vào?

A. Vật liệu làm vỏ của tụ điện

B. Vật liệu làm hai bản cực của tụ điện

C. Vật liệu làm chân của tụ điện

D. Vật liệu làm lớp điện môi giữa hai bản cực của tụ điện.

Câu 10:. Kí hiệu như hình vẽ bên là của loại linh kiện điện tử nào?

A. Tụ điện có điện dung cố định

B. Tụ điện có điện dung thay đổi được

C. Tụ điện bán chỉnh

D. Tụ điện tinh chỉnh

Câu 11:. Ý nghĩa của trị số điện cảm là:

A.Cho biết khả năng tích lũy năng lượng điện trường của cuộn cảm

B.Cho biết khả năng tích lũy năng lượng từ trường của cuộn cảm

C.Cho biết mức độ tổn hao năng lượng trong cuộn cảm khi dòng điện chạy qua

D.Cho biết khả năng tích lũy nhiệt lượng của cuộn cảm khi dòng điện chạy qua