Dẫn điện là quá trình mà một thứ gì đó, chẳng hạn như nhiệt hoặc dòng điện, di chuyển từ chất này sang chất khác. Sự dẫn điện xảy ra trong chất rắn, chất lỏng và chất khí. Tuy nhiên, chất rắn truyền năng lượng hiệu quả nhất vì các phân tử trong chất rắn được sắp xếp chặt chẽ nhất và các phân tử gần nhau hơn.
Sự dẫn nhiệt xảy ra khi các phân tử tăng nhiệt độ; chúng rung động, và sự rung động và chuyển động này truyền năng lượng nhiệt cho các phân tử xung quanh.
Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp . Động năng trung bình của chất là thước đo nhiệt độ của cơ thể. Khi có sự gia tăng động năng trung bình của các phân tử của một chất, nhiệt độ của nó tăng lên và nếu có sự giảm động năng trung bình của các phân tử của một chất, nhiệt độ của nó sẽ giảm.
Giữ chảo trên ngọn lửa. Chẳng mấy chốc, chảo nóng lên vì nhiệt truyền từ ngọn lửa sang chảo. Bây giờ lấy chảo ra khỏi ngọn lửa. Dần dần chảo sẽ nguội đi do nhiệt truyền từ chảo ra môi trường xung quanh. Trong cả hai trường hợp, nhiệt truyền từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn.
Bạn sẽ có kinh nghiệm rằng nếu bạn chạm tay vào một tách trà nóng, tay bạn sẽ cảm nhận được độ nóng của tách. Lý do là một phần năng lượng nhiệt được truyền từ cốc sang tay bạn. Nhiệt truyền từ vật nóng sang vật lạnh nếu có sự tiếp xúc giữa chúng. Trong vật lý, chúng ta nói rằng sự truyền nhiệt cần có môi trường. Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt từ vật này sang vật khác có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc với nhau. Trong chất rắn, nói chung, nhiệt được truyền bằng quá trình dẫn nhiệt. Độ dẫn nhiệt mô tả mức độ hiệu quả của vật liệu có thể truyền nhiệt qua nó. Nó được xác định bằng tốc độ dòng năng lượng trên một đơn vị diện tích khi so sánh với gradient nhiệt độ.
Định luật dẫn nhiệt của Fourier: Định luật Fourier cho thấy năng lượng nhiệt di chuyển từ vật liệu ấm hơn sang vật liệu mát hơn. Luật Fourier có thể được viết là
q = kAdT∕s
Trong phương trình này, q là tốc độ dẫn nhiệt, A là diện tích truyền nhiệt, k là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, dT là chênh lệch nhiệt độ giữa các vật liệu và s là độ dày của vật liệu.
Ví dụ:
Sự dẫn điện xảy ra do sự chuyển động của các hạt mang điện trong môi trường. Chuyển động này có thể dẫn đến một dòng điện, có thể được mang theo bởi các điện tử hoặc ion. Một ví dụ về tính dẫn điện là khi bạn vô tình bị điện giật khi chạm vào dây điện vì cơ thể bạn chứa nước, là chất dẫn điện. Một ví dụ khác là khi dòng điện chạy qua dây dẫn, là chất dẫn điện, vì vậy chúng ta có thể xem TV hoặc sử dụng máy tính.
Độ dẫn điện là thước đo mức độ vật liệu thích nghi với chuyển động của điện tích. Trong chất rắn như kim loại, các electron liên kết lỏng lẻo với các nguyên tử do đó các electron có thể tự do di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác trong vật kim loại. Tính linh động này của điện tử cho phép chúng ta truyền một dòng điện qua nó. Nếu chúng ta có thể dễ dàng cho dòng điện chạy qua các vật, chúng ta gọi chúng là vật dẫn điện tốt. Vật liệu không cho dòng điện chạy qua được gọi là vật liệu cách điện. Độ dẫn điện của chất bán dẫn là trung gian giữa chất cách điện và chất dẫn điện. Một "chân không hoàn hảo" không chứa các hạt tích điện; chân không thường hoạt động như chất cách điện rất tốt.
Sự dẫn điện trong kim loại được mô tả rõ ràng bởi Định luật Ohm , phát biểu rằng dòng điện tỷ lệ thuận với điện trường ứng dụng. Mức độ dễ dàng mà mật độ dòng điện (dòng điện trên diện tích) j xuất hiện trong vật liệu được đo bằng độ dẫn điện σ , được định nghĩa là:
j = σE,
E là điện trường tại vị trí đó và σ là độ dẫn điện của vật liệu, thước đo mức độ dễ dàng của các điện tích di chuyển qua nó.
Độ dẫn điện hoặc điện trở suất của vật liệu là một thuộc tính bất biến không thay đổi đối với kích thước hoặc hình dạng của vật liệu.
Sạc bằng dẫn điện:
Các cơ thể có thể được sạc bằng phương pháp dẫn điện, đó là bằng cách tiếp xúc. Bằng cách dẫn điện, cơ thể thu được điện tích giống như trên cơ thể sạc.
Thí nghiệm: Làm một hình trụ bằng giấy bằng cách cuộn một dải giấy trên một cây bút chì rồi nhẹ nhàng rút bút chì ra. Treo hình trụ giấy bằng một sợi chỉ buộc vào tâm của nó. Lấy thanh thủy tinh cọ xát với lụa để thanh thủy tinh nhiễm điện dương. Dùng đũa thủy tinh chạm vào trụ giấy. Rút đũa thủy tinh ra rồi lại đưa đũa thủy tinh lại gần ống trụ giấy.
Bạn sẽ nhận thấy rằng thanh trụ bằng giấy bị đẩy bởi thanh thuỷ tinh, Điều này có nghĩa là thanh trụ bằng giấy đã nhiễm điện tích dương cùng điện tích với điện tích trên thanh thuỷ tinh do sự dẫn điện.
Ví dụ:
Hiện tượng quang dẫn xảy ra khi một vật liệu hấp thụ bức xạ điện từ, dẫn đến sự thay đổi độ dẫn điện của chất đó. Bức xạ điện từ có thể được gây ra bởi một thứ đơn giản như ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn hoặc thứ gì đó phức tạp như một vật liệu tiếp xúc với bức xạ gamma. Khi sự kiện điện từ xảy ra, số lượng electron tự do tăng lên, cũng như số lượng lỗ trống điện tử, do đó làm tăng khả năng dẫn điện của vật thể. Một số chất bán dẫn kết tinh, chẳng hạn như silic, gecmani, chì sunfua và cadmium sunfua, và selen bán kim loại có liên quan, có tính quang dẫn mạnh
Ví dụ:
Bất kỳ vật thể nào truyền năng lượng nhiệt hoặc điện, hoặc cả hai, một cách hiệu quả đều là chất dẫn điện. Vật liệu không cho phép nhiệt và điện truyền qua chúng là chất cách điện.
| Vật liệu dẫn nhiệt tốt | Vật liệu dẫn điện tốt |
|
|
Kim loại thường di chuyển nhiệt hiệu quả và là chất dẫn nhiệt tốt. Vải và gỗ có xu hướng dẫn nhiệt kém. Nói chung, nếu một chất là chất dẫn nhiệt năng tốt thì nó cũng sẽ là chất dẫn điện tốt. Điêu nay không phải luc nao cung đung; ví dụ, mica là chất dẫn nhiệt nhưng cách điện. Nước mặn dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt. Tuy nhiên, nói chung, việc các nguyên tử đóng gói chặt chẽ và chuyển động tương đối tự do của các electron của chúng làm cho năng lượng nhiệt di chuyển trong chất cũng làm cho năng lượng điện của các electron di chuyển.
Nước tinh khiết, không có chất rắn hòa tan, không dẫn điện. Dòng điện chạy dễ dàng hơn khi nước có nhiều khoáng chất hòa tan hơn. Không khí, một hỗn hợp khí, nói chung không phải là chất dẫn nhiệt hoặc điện tốt. Không khí, giống như nước, được coi là chất cách điện. Tuy nhiên, khi các hạt trong không khí nhận được một điện tích mạnh từ tĩnh tích tụ (từ điện trường khi sét sắp đánh hoặc từ điện trường của đường dây điện), không khí có thể dẫn điện.
Nước mặn dẫn nhiệt kém nhưng dẫn điện tốt: Nước ngọt giữ nhiệt lâu hơn nước mặn vì việc thêm muối làm giảm khả năng tỏa nhiệt của dung dịch so với nước tinh khiết. Nhiệt dung thấp hơn có nghĩa là nước mặn nóng lên và nguội đi nhanh hơn nước ngọt trong cùng điều kiện. Độ dẫn nhiệt giảm khi độ mặn tăng và tăng khi nhiệt độ tăng. Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ các ion hòa tan trong dung dịch. Muối Natri Clorua phân ly thành ion. Do đó nước biển dẫn điện gấp khoảng một triệu lần so với nước ngọt. |
