Bản chất của hạt tải điện phụ thuộc vào loại dây dẫn: trong kim loại, hạt tải điện là electron; trong chất khí chất mang là các ion dương và electron; trong chất điện giải chúng là ion dương và ion âm. Để hiểu rõ hơn về điều này, hãy xem bài viết dưới đây.
Mục lục bài viết
1. Hạt tải điện trong kim loại là…?
Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do, có khả năng di chuyển qua lại trong cấu trúc tinh thể của kim loại. Các electron tự do này có nguồn gốc từ các electron hoá trị của các nguyên tử kim loại đã bị bay ra khỏi tinh thể do nhiệt độ cao hoặc do bị đẩy ra bởi các electron khác. Mật độ của các electron tự do trong kim loại rất cao, có thể lên đến hàng 10^22 electron/cm^3, nên kim loại có tính dẫn điện rất tốt. Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. Khi có áp suất điện được cấp vào hai đầu của một dây kim loại, các electron tự do sẽ di chuyển từ điểm có tiềm thế thấp đến điểm có tiềm thế cao, tạo ra dòng điện.
2. Hạt tải điện trong chất khí là gì?
Hạt tải điện trong chất khí là các hạt có điện tích dương hoặc âm, có thể di chuyển trong chất khí khi có sự tác động của tác nhân ion hóa. Các hạt tải điện trong chất khí bao gồm các ion dương, ion âm và electron. Các ion dương và ion âm được sinh ra khi các phân tử khí trung hòa bị tách các electron và ion dương do nhiệt độ cao, điện trường mạnh, bức xạ tử ngoại hoặc dòng điện qua catôt. Các electron được sinh ra khi catôt bị nung nóng đỏ hoặc khi có bức xạ tử ngoại chiếu vào chất khí. Các hạt tải điện trong chất khí có thể di chuyển theo chiều của dòng điện hoặc ngược lại, tùy thuộc vào dấu của điện tích. Khi có dòng điện qua chất khí, các hạt tải điện sẽ va chạm với các phân tử khí trung hòa, làm cho chúng mất năng lượng và giảm tốc độ. Khi mất tác nhân ion hóa, các hạt tải điện sẽ trao đổi điện tích với nhau để tạo thành các phân tử khí trung hòa, làm cho chất khí không còn dẫn điện.
Các đặc điểm của hạt tải điện trong chất khí bao gồm:
– Loại hạt: Hạt tải điện trong chất khí có thể là các ion dương, ion âm, electron tự do hoặc các phân tử khí bị phân cực.
– Nguồn hình thành: có thể hình thành do các quá trình như phóng điện, bức xạ, nhiệt độ cao, hoá học hoặc cơ học.
– Độ lớn: độ lớn rất nhỏ, thường từ 10^-10 đến 10^-6 mét.
– Điện tích: điện tích bằng hoặc bội số của đơn vị điện tích e (1.6 x 10^-19 C).
– Tốc độ: tốc độ phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, trường điện và trường từ của chất khí.
– Độ dẫn: có độ dẫn là khả năng chuyển dòng điện qua một đoạn chất khí. Độ dẫn phụ thuộc vào số lượng, loại và tính chất của hạt tải điện.
3. Điểm giống và khác nhau của hạt tải điện trong kim loại và trong chất khí:
Hạt tải điện là loại hạt có thể truyền tải dòng điện đi. Đó là các hạt mang điện như electron, ion hoặc phân tử mang điện tích. Hạt tải điện trong chất khí và hạt tải điện trong kim loại có một số điểm giống và khác nhau như sau:
– Giống nhau
Điểm giống nhau của hạt tải điện trong kim loại và chất khí là cả hai đều mang điện tích và có thể dịch chuyển khi có điện trường.
– Khác nhau
+ Hạt tải điện trong chất khí là các ion hoặc phân tử mang điện tích được tạo ra do các quá trình phân ly, ion hóa hoặc kết hợp của các nguyên tử hoặc phân tử trong chất khí. Hạt tải điện trong chất khí có thể di chuyển tự do trong không gian, nhưng có độ dẫn điện thấp hơn so với kim loại.
+ Hạt tải điện trong kim loại là các electron hoá trị đã bị bay ra khỏi tinh thể. Mật độ các electron tự do trong kim loại rất cao nên các kim loại mới có tính dẫn điện tốt. Bản chất của dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do này.
4. Tìm hiểu thêm về hạt tải điện:
Vật tải là một loại vật thể mang một vật cụ thể từ điểm này đến điểm khác. Ví dụ, mọi người sử dụng các phương tiện khác nhau từ nơi này đến nơi khác và phương tiện đó chở những người đó và hoạt động như một phương tiện vận chuyển.
Hãy lấy một trường hợp khác; Chúng ta sử dụng hộp đựng thức ăn để đựng thức ăn nên trong trường hợp đó, hộp đựng thức ăn sẽ đóng vai trò là vật đựng để đựng thức ăn của chúng ta. Hạt mang điện là những loại hạt là electron, lỗ trống và ion chứa điện tích bên trong và mang điện tích từ nơi này sang nơi khác. Các hạt mang điện tích, đặc biệt là trong dây dẫn điện là electron, ion hoặc lỗ trống.
Trong kim loại, các electron chiếm đa số và chỉ có một hoặc hai electron có thể di chuyển trong vùng hóa trị của cấu trúc kim loại. Các electron có khả năng chuyển động được gọi là các electron tự do, được gọi là các electron dẫn.
Trong chất điện phân, dung dịch chứa các ion được hình thành bằng cách nhận thêm một electron hoặc mất đi nó để chúng tích điện. Các nguyên tử nhận thêm electron và tích điện âm được gọi là “Anion”, và các nguyên tử bị mất electron và tích điện dương được gọi là “Cations”
Trong plasma, chất mang điện là các electron và cation của khí bị ion hóa được tìm thấy trong hồ quang điện, mặt trời và các ngôi sao, v.v.
Trong chân không, các electron tự do đóng vai trò là hạt tải điện. Đám mây điện tử di động được tạo ra bởi cực âm kim loại được nung nóng của ống chân không bằng quá trình phát xạ nhiệt.
Trong chất bán dẫn, có hai loại hạt mang điện là electron và lỗ trống mang dòng điện.
* Hạt mang điện tích âm:
Các hạt mang điện tích âm là electron là những loại hạt tích điện có chứa điện tích âm bên trong. Electron là loại hạt được tách ra khỏi nguyên tử mẹ và chuyển động tự do trong không gian. Các electron có điện tích thường được ký hiệu là “-e” hoặc −1,602 × 10−19C.
* Hạt mang điện tích dương:
Hạt mang điện dương là lỗ trống là những loại hạt tích điện có chứa điện tích dương bên trong. Trong vùng hóa trị, lỗ trống là loại khoảng trống hoặc khoảng trống có thể di chuyển từ nơi này sang nơi khác trong chính vùng đó. Các lỗ trống còn được gọi là proton và điện tích của proton là “+e” hay +1,602×10−19 C.
Điều quan trọng cần lưu ý là khái niệm lỗ là một khái niệm ảo. Khi một electron di chuyển từ nơi này sang nơi khác, nó sẽ để lại một khoảng trống được gọi là “lỗ trống”. Vì lỗ trống có thể nhận các electron tự do nên chúng còn được gọi là chất nhận.
Cặp lỗ electron trong chất bán dẫn được tạo ra do sự kích thích của các electron từ vùng hóa trị lên vùng dẫn. Trong vật lý, việc tạo ra hạt mang điện và tái hợp hạt mang điện là các quá trình trong đó các hạt mang điện được tạo ra và cũng bị loại bỏ. Khi một electron và một lỗ trống kết hợp lại, năng lượng sẽ được truyền cho chính electron đó trong vùng dẫn.
5. Hạt mang điện đa số và thiểu số trong chất bán dẫn loại n:
Chất bán dẫn loại n được hình thành khi chất bán dẫn bên trong được pha tạp các nguyên tử hóa trị năm như asen, phốt pho, v.v. Một số lượng lớn electron tự do có mặt trong chất bán dẫn loại n. Các electron tự do là hạt tải điện chủ yếu trong chất bán dẫn này. Hầu hết dòng điện chạy do có một số lượng lớn electron có trong nó.
Trong bán dẫn loại n có rất ít khoảng trống là lỗ trống. Trong chất bán dẫn này, lỗ trống là hạt tải điện thiểu số. Các lỗ chỉ mang một lượng nhỏ dòng điện.
Như chúng ta đã biết các nguyên tử hóa trị năm mang số lượng electron tự do lớn hơn nên trong chất bán dẫn loại n tổng lượng electron lớn hơn tổng số lỗ trống.
