Nhôm có dẫn điện không?

Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn câu trả lời về chủ đề nhôm có dẫn điện không cùng những ý tưởng về cách thức hoạt động của tính dẫn điện, điện năng truyền qua nhôm dễ dàng như thế nào? Không dừng ở đó, chúng tôi sẽ so sánh nhôm với những kim loại dẫn điện khác như đồng, bạc,…để bạn có được cái nhìn tổng quan. Hãy cùng bài viết khám phá các tính chất dẫn điện của nhôm để hiểu lý do tại sao kim loại này có thể dẫn điện.

Chất liệu nhôm có dẫn điện không 

Nếu bạn đang tìm kiếm một sản phẩm có liên quan đến tính dẫn điện thì bạn có thể coi nhôm là vật liệu cơ bản. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể nhưng hầu như nhôm vẫn đáp ứng được những yếu tố cơ bản. Nhôm là kim loại phổ biến nhất và là nguyên tố phổ biến thứ ba sau oxy và silic trên trái đất. Nhôm chiếm khoảng 8% khối lượng lõi của trái đất, có số nguyên tử 13 và được biểu thị bằng ký hiệu Al. Nó được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1824.

Thông thường, nhôm sẽ được xuất hiện dưới dạng một chất màu trắng bạc và tìm thấy ở dạng nhôm Sunfat, quặng chính của nhôm là Bauxite. Vậy thì nhôm có phải là chất dẫn điện tốt không? Đương nhiên là có vì nó cho phép dòng điện đi qua nó, thậm chí đây còn là một chất được nhiều công trình ưu tiên sử dụng. Mỗi nguyên tử nhôm có 3 electron hóa trị liên kết không chặt chẽ với nhau, chúng di chuyển ngẫu nhiên và tự do vì chúng không phải liên kết với một nguyên tử duy nhất. Những hạt electron này luôn có thể biến thành hạt mang điện kết hợp cùng ứng dụng của nguồn điện phân kênh năng lượng của electron nên nhờ đó mà nhôm có thể dễ dàng dẫn điện.

Nhôm là một chất dẫn điện tự nhiên

Như đã giới thiệu, nhôm là một trong những kim loại tốt nhất để dẫn điện. Nhưng còn hơn thế nữa, nó thực sự có khả năng được gọi là siêu dẫn điện, đó là khi điện trở của vật liệu biến mất và từ trường bị trục xuất. Trong một dây dẫn kim loại bình thường, điện trở sẽ giảm dần khi nó nguội đi còn khi ở một chất siêu dẫn thì điện trở sẽ đột ngột giảm xuống bằng không. Điều này có nghĩa là một dòng điện thông thường có thể tồn tại vô tận qua một vòng dây siêu dẫn mà không cần nguồn điện.

Trong nhôm, nhiệt độ tới hạn siêu dẫn là 1,2 kelvin. Từ trường tới hạn của nó xấp xỉ 100 Gauss, một thuộc tính khác của nhôm là nó có tính thuận từ nên bạn hoàn toàn có thể yên tâm khi nó hoạt động trong từ trường tĩnh. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng nó có thể bị tác động mạnh bởi từ trường thay đổi do cảm ứng của dòng điện xoáy. 

Đặc tính dẫn điện và cách điện của nhôm

Về khả năng dẫn điện, vật liệu nói chung có thể được chia thành hai loại: chất dẫn điện và chất cách điện. Chất dẫn điện là vật liệu cho phép các electron di chuyển tự do qua chúng khi có điện tích. Chất cách điện trong trường hợp này sẽ không cho phép các electron di chuyển tự do qua chúng khi tích điện. Nói cách khác, dòng điện dễ dàng chạy qua dây dẫn nhưng không chạy qua chất cách điện.

Vì vậy, điều gì quyết định liệu các electron có chạy qua vật liệu khi điện tích đó được áp dụng hay không? Nó liên quan đến các electron ngoài cùng trong các nguyên tử của vật liệu. Vật liệu rắn như nhôm thường được tạo thành từ các nguyên tử liên kết với nhau, hình thành một mô hình gọi là mạng tinh thể. Mỗi nguyên tử bao gồm một hạt nhân duy nhất được bao quanh bởi một đám mây electron và các electron ngoài cùng được gọi là các electron hóa trị. Việc một vật liệu là chất dẫn điện hay chất cách điện phụ thuộc vào mức độ chúng giữ các electron hóa trị này:

Các electron hóa trị đóng vai trò cách điện sẽ liên kết mạnh với nguyên tử chính của chúng. Sau đó, khi một điện tích được đặt vào chất cách điện, các electron hóa trị vẫn tiếp tục giữ đúng vị trí của mình. Vì vậy điện tích mới thêm sẽ không có nơi nào để đi nên dòng điện không thể chạy qua vật liệu.

Còn trong một chất dẫn điện, các electron hóa trị không liên kết mạnh với nguyên tử chính của chúng nên khi một điện tích được thêm vào dây dẫn, nó sẽ đánh bật một electron hóa trị khỏi nguyên tử chính của mình. Sau đó, electron tự do mới này sẽ tiếp tục đánh bật một electron hóa trị từ một nguyên tử khác,…Điều này tạo ra một phản ứng dây chuyền của các electron chuyển động được gọi là dòng điện tử trong dây dẫn. Đây chính là yếu tố giúp nhôm đóng vai trò một chất dẫn điện. 

Xem thêm bài viết: Axit là gì?

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn diện của nhôm

Mặc dù nhôm dẫn điện tốt nhờ vào các electron tự do của chúng nhưng vẫn sẽ có một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến mức độ dẫn điện của vật liệu, như sau:

• Nhiệt độ:  Thay đổi nhiệt độ của nhôm sẽ làm thay đổi cả độ dẫn điện của nó. Nói chung, việc tăng nhiệt độ gây ra sự kích thích nhiệt của các nguyên tử và làm giảm độ dẫn điện trong khi tăng điện trở suất. Mối quan hệ giữa chất liệu và nhiệt độ là tuyến tính nhưng chúng vẫn sẽ bị phá vỡ hiệu suất khi hoạt động ở nhiệt độ thấp.
• Tạp chất: Thêm tạp chất vào chất dẫn điện sẽ làm giảm độ dẫn điện của nhôm. Ví dụ, hợp chất nhôm không dẫn điện tốt như nhôm nguyên chất; hay nhôm bị oxy hóa không dẫn điện tốt như nhôm ban đầu. Nhìn chung các tạp chất này đã cản trở dòng điện tử.
• Cấu trúc và pha tinh thể: Nếu vật liệu có các pha khác nhau thì độ dẫn điện sẽ bị chậm lại. Đối với các cấu trúc cũng thế, sẽ có sự khác biệt về hiệu suất giữa các chất liệu có cấu trúc khác nhau. Nhưng hiện nay thì tình trạng này không đáng kể vì những ảnh hưởng này liên tục được xử lý.
• Trường điện từ: Các dây dẫn tạo ra trường điện từ của riêng chúng khi có dòng điện chạy qua, với từ trường vuông góc với điện trường. Các trường điện từ bên ngoài có thể tạo ra từ điện trở có nhiều khả năng sẽ làm chậm dòng điện.
• Tần số:  Số chu kỳ dao động mà một dòng điện xoay chiều hoàn thành trong một giây là tần số của nó tính bằng hertz. Trên một mức nhất định, tần số cao có thể khiến dòng điện chạy xung quanh một dây dẫn thay vì chạy qua nó (hiệu ứng bề mặt). Vì không có dao động nên không có tần số và hiệu ứng này không xảy ra với dòng điện một chiều.

Ưu điểm khi sử dụng nhôm làm chất dẫn điện

Không phải ngẫu nhiên mà nhôm là chất liệu được sử dụng nhiều trong các dây cáp và dây dẫn điện. Thực tế thì nhôm là kim loại cực kỳ linh hoạt với rất nhiều ưu điểm khác nhau, khi sử dụng có thể đúc, nấu chảy, tạo hình và gia công cơ khí,…Điều này có nghĩa là nó có thể được sản xuất thành nhiều hình dạng khác nhau để phù hợp với từng mục đích sử dụng riêng biệt. Bên cạnh đó còn có những ưu điểm cần được đề cập đến như là: 

• Trọng lượng nhẹ: Nhẹ hơn ba lần so với sắt, nó có trọng lượng riêng xấp xỉ 2,71 g/cm3. Đó là khoảng một phần ba trọng lượng của thép, yếu tố này giúp vận chuyển dễ dàng và rẻ hơn so với hầu hết các kim loại khác.
• Độ bền cao: sự bền của nhôm có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các nguyên tố hợp kim khác nhau để mang lại lợi ích tốt hơn. Do tính chất nhẹ, khả năng chống ăn mòn và dễ chế tạo nên các tấm nhôm đã trở thành những vật liệu vững chắc nhất cho các dự án như tấm ốp xe, tấm ốp tòa nhà và lắp đặt nhà bếp trong số các ứng dụng khác.
• Chống ăn mòn: Nhôm là một kim loại có thể tự tạo ra một lớp phủ bảo vệ chính mình khỏi sự ăn mòn. Lớp phủ này gọi là oxit, nó rất mỏng và được tạo ra khi nhôm tiếp xúc với một môi trường oxy hóa. Ngoài ra, nếu bạn muốn thì có thể xử lý bề mặt bằng cách sơn hoặc anot hóa để nâng cao khả năng chống ăn mòn tổng thể của kim loại.
• Dẻo: Dễ tạo hình, nó có thể được cuộn, kéo và đóng. Bạn hoàn toàn có thể tạo ra các tấm chỉ dày 4 micron, cũng như dây cực mỏng. Lá siêu mỏng có thể được làm từ nhôm mỏng hơn sợi tóc người ba lần.
• Độ dẫn nhiệt và điện tuyệt vời: Nhôm là vật liệu được chọn cho các đường dây truyền tải điện. Nó cũng là một chất dẫn nhiệt tuyệt vời và được sử dụng làm tản nhiệt trong nhiều ứng dụng như đèn LED, sản phẩm điện, bo mạch chủ máy tính,…
• Không mùi và không thấm nước: Ngay cả khi lá nhôm đang ở độ dầy 0,007mm thì nó vẫn không thấm nước cũng như không có mùi vị. Đây là chất không độc hại và thường được sử dụng để đóng gói các sản phẩm nhạy cảm bao gồm dược phẩm và thực phẩm.
• Khả năng tái chế: Trái ngược với suy nghĩ của hầu hết mọi người, nhôm có thể tái chế 100% và trong quá trình tái chế, nó vẫn giữ được tất cả các đặc tính ban đầu. Trong quá trình sản xuất, việc sử dụng kim loại tái chế sẽ hiệu quả hơn về mặt chi phí so với kim loại nguyên chất từ ​​​​mặt đất và do đó, nhôm là một lựa chọn hoàn hảo.

Những đặc tính này giúp việc gia công nhôm thô trở nên dễ dàng hơn bằng cả áp suất nóng và lạnh. Nó không bắt lửa, không cần đến lớp sơn đặc biệt và không độc hại giống như nhựa. Ngoài ra, nhôm tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với các kim loại và vật liệu khác. Do tính linh hoạt và sức mạnh cực cao của nhôm, việc sử dụng nhôm đang trở nên phổ biến hơn, đặc biệt là với những lợi thế mà nó mang lại. Thông qua quá trình đùn nhôm, nó có thể được cung cấp trong các thiết kế phức tạp hơn bao giờ hết. Vật liệu ép đùn này có thể được cung cấp ở nhiều dạng hoàn thiện khác nhau bao gồm anot hóa, phay hoặc sơn và sau đó có thể được gia công hoặc chế tạo thêm.

Xếp hạng 4 kim loại dẫn điện tốt nhất hiện nay 

Phần nội dung trên đã giúp bạn biết được nhôm có dẫn điện không, phần này sẽ mở rộng ra hơn như thế. Đồng hành cùng nhôm là một số kim loại dẫn điện tốt nhất. Nội dung bên dưới đã xếp hạng các chất dẫn điện theo mức độ hiệu suất, bạn có thể tham khảo để hiểu rõ chủ đề này hơn:

Bạc

Chất dẫn điện tốt nhất là bạc nguyên chất, nhưng không có gì ngạc nhiên khi nó không phải là một trong những kim loại được sử dụng phổ biến nhất để dẫn điện.

Sử dụng bạc trong dây cáp hoặc dây dẫn điện có rất nhiều nhược điểm. Đầu tiên là về chi phí, đương nhiên nó sẽ đắt hơn nhiều so với nhôm hoặc đồng. Vì vậy rất khó khăn trong việc cung cấp bạc để dẫn điện xuyên qua khắp tòa nhà hoặc trên diện rộng.

Thứ hai, bạc là chất có xu hướng bị xỉn màu sau một thời gian sử dụng, điều này tưởng chừng như không liên quan nhưng thật ra chúng lại ảnh hưởng trực tiếp. Vì khi bị xỉn, bạc sẽ bị “hiệu ứng bề mặt” tức là sự phân số dòng điện sẽ không đồng đều trên các dòng điện tầng số cao. Dẫn đến việc làm giảm hiệu suất truyền tải điện. 

Đồng

Đồng chính là một trong những kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong việc truyền tải điện năng. Nó có cấu trúc mềm dẻo, dễ bọc hoặc hàn nên cực kỳ tương thích khi người dùng muốn một lượng lớn dây dẫn. Chức năng điện cốt lõi của đồng có liên quan đến việc truyền tải điện và phát điện. Nó được sử dụng trong động cơ, máy phát điện, máy biến áp và thanh ống lót. Khi được lắp đặt đúng cách, nó là kim loại an toàn và hiệu quả nhất để sản xuất điện.

Các thiết bị gia dụng hoặc thiết bị điện nói chung thường sẽ sử dụng đồng làm chất dẫn vì nó hiện quả, chi phí thấp nên hiện nay các dây dẫn đều được mạ đồng. Đồng cũng được sử dụng trong dây dẫn vi điện tử, mạch điện và bộ vi xử lý vì tính dẫn điện cao cùng khả năng chống nóng thấp. Sự phổ biến của kim loại này đến mức nó cũng được sử dụng trong điện thoại di động, TV và máy tính, thậm chí bạn cũng thường thấy các lõi nam châm quấn bằng dây đồng.

Khi nói đến hợp kim kim loại, các tính chất vật lý của chúng có thể cải thiện trong các lĩnh vực như độ bền cùng khả năng chịu đựng trong các điều kiện môi trường và ứng dụng điện. Ví dụ, đồng thau là một hợp kim của đồng cũng được dùng để dẫn điện. Nó được tạo ra bằng cách thêm khoảng 30% kẽm vào đồng nguyên chất. Mặc dù độ dẫn điện và dẫn nhiệt của hợp kim đồng thau chỉ bằng 28% so với đồng, nhưng các đặc tính phi từ tính của nó làm cho nó trở nên lý tưởng cho các đầu nối và đầu nối điện và điện tử.  

Nhôm

Nhôm có dẫn điện không, thực tế thì nhôm là một kim loại khác được biết đến với tính dẫn điện cao. Mặc dù tính theo thể tích, độ dẫn điện của nó chỉ bằng 60% so với đồng. Nhưng nếu tính theo trọng lượng, một kg nhôm có khả năng mang dòng điện bằng hai kg đồng. Điều này làm cho nó trở thành một vật liệu rất tiết kiệm chi phí và do đó ngày càng nhiều ứng dụng liên quan đến điện đã chọn nhôm thay thế cho đồng. 

Nhôm được sử dụng trong đường dây điện dài, truyền tải và phân phối điện cao thế trên lưới điện và trong lối vào bộ cấp dây tòa nhà. Mật độ và chi phí đặc biệt thấp khiến nó trở thành lựa chọn rất thông minh cho nhiều ứng dụng điện quy mô lớn như dây cáp điện, đầu nối nguồn điện và thậm chí cả các tiếp điểm điện của bộ ngắt mạch. Không dừng ở đó, nhôm cũng thường được sử dụng trong các đĩa vệ tinh.

Độ phổ biến của nhôm là rất cao vì nó dễ dàng tạo thành các hợp chất với các nguyên tố hóa học khác, nên rất nhiều loại hợp kim nhôm đã được phát triển. Ngay cả một lượng rất nhỏ xúc tác cũng có thể thay đổi đáng kể tính chất của kim loại, khiến nó có thể được sử dụng trong các lĩnh vực mới. Ví dụ, trong cuộc sống bình thường, bạn có thể tìm thấy nhôm trộn với silicon và magiê theo đúng nghĩa đen trên đường, tức là trong bánh xe hợp kim nhôm, trong động cơ, khung gầm cùng các bộ phận khác của ô tô hiện đại. Đối với hợp kim nhôm kẽm, rất có thể bạn đang cầm nó trên tay vì đây là hợp kim được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện thoại di động và máy tính bảng. 

Vàng

Vàng cũng được biết đến với tính dẫn điện cao, nhưng vì giá thành quá đắt nên nó chỉ được sử dụng ở mức độ vừa phải. Các vi mạch có thể sử dụng các dây dẫn bằng vàng để kết nối. Bên cạnh đó, lớp mạ vàng mỏng cũng hay được lựa chọn khi các ứng dụng yêu cầu khả năng chống oxy hóa và ăn mòn cùng với độ dẫn điện cao.

Lời kết

Qua bài viết bạn đã có câu trả lời cho vấn đề nhôm có dẫn điện hay không. Nó là một chất siêu dẫn điện và thậm chí trong thời gian gần đây, tỷ lệ độ dẫn điện trên trọng lượng của nhôm so với đồng tốt hơn nó đã được ứng dụng nhiều trên khắp các lĩnh vực khác nhau như hệ thống dây điện cho nhà ở, máy bay, tòa nhà và thiết bị,…Nếu bạn muốn tìm hiểu thông tin liên quan đến vật lý và hóa học như vầy thì hãy theo dõi website của chúng tôi, những bài viết mới chắc chắn sẽ mang lại nhiều kiến thức thú vị! 

Xem thêm bài viết: 9 hành tinh trong hệ mặt trời