Bài giảng Vật lí 11 - Bài số 13: Dòng điện trong kim loại

 Bản chất dòng điện trong các môi trường: kim loại, chất điện phân, chất khí, bán dẫn. Ứng dụng của dòng điện trong các môi trường.CHƯƠng 3: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNGBài 13:Dòng điện trong kim loạiBẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠISỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT VÀO NHIỆT ĐỘĐIỆN TRỞ CỦA KIM LOẠI Ở NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪNHIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆNText in hereDòng điện là gì?Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điệnCó các hạt mang điện tự doCó điện trường ngoàiNỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13Ion dươngElectron tự doElectron trong nguyên tửNguyên tử ProtonDòng điện trong kim loạiBài 13Mô hình mạng tinh thể đồngDòng điện trong kim loạiBài 13Trong kim loại, các nguyên tử bị mất electron hóa trị trở thành các iôn dương. NỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loại1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13Các ion dương dao động nhiệt quanh các vị trí cân bằng xác định, và liên kết với nhau một cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại.Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do với mật độ n không đổi. I. Bản chất dòng điện trong kim loạiEKhi không có E Các ion(+) chuyển động như thế nào?Khi có E Các electron(-) chuyển động như thế nào?NỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loại1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13Không có điện trường ngoàiCó điện trường ngoàiChuyển động của các electron tự doNhận xétChuyển động hỗn loạn không ngừngCó hướngCó dòng điệnKhông có dòng điệnEDòng điện trong kim loạiBài 13NỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loại1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 132. Bản chất dòng điện trong kim loại Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường .ENỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loại1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13 Trong quá trình chuyển động có hướng, các electron tự do không ngừng va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng → làm cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do → gây ra điện trở của kim loại. 2. Bản chất dòng điện trong kim loại Khi các electron tự do va chạm với các ion dương nằm ở các nút mạng → truyền năng lượng cho ion dương → gây ra tác dụng nhiệt	* Nguyên nhân gây ra điện trở : là sự “va chạm” của các electron tự do (trong quá trình chuyển động có hướng) với các ion dương nằm mất trật tự trong mạng tinh thể kim loại.+++++++-----E	* Các electron chuyển động có gia tốc dưới tác dụng của lực điện trường và thu được một năng lượng xác định (ngoài năng lượng chuyển động nhiệt hỗn loạn); năng lượng này được truyền một phần (hay hoàn toàn) cho các ion dương khi “va chạm” và biến thành năng lượng dao động của các ion quanh vị trí cân bằng, tức là biến thành nhiệt. Do đó, khi có dòng điện chạy qua, dây dẫn kim loại nóng lên.++E++++++++++++++++++Nhiệt độ T1Điện trởNỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loại1. Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 132. Bản chất dòng điện trong kim loại* Ứng dụng :++E++++++++++++++++++Nhiệt độ T2 > T1Điện trở++E++++++++++++++++++Nhiệt độ T1Điện trởKhi nhiệt độ tăng, điện trở suất của kim loại tăng.ρ=ρ0[1+α(t-t0)]α : hệ số nhiệt điện trở (K-1)ρ0 : điện trở suất của kim loại ở t0 (0C)ρ : điện trở suất của kim loại ở t (0C)Trong đó: * Hệ số nhiệt điện trở α của mỗi kim loại phụ thuộc vào:- Nhiệt độ - Độ sạch và chế độ gia công vật liệu đóSự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độNỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độNỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độKim loạiBạcBạch kimĐồngNhômSắtSilicVonframBảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 CTại sao trong thực tế người ta thường dùng dây đồng để làm dây dẫn điện?NỘI DUNG BÀI HỌCI. Bản chất của dòng điện trong kim loạiDòng điện trong kim loạiBài 13II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độKim loạiBạcBạch kimĐồngNhômSắtConstantanVonframBảng điện trở suất và hệ số nhiệt điện trở của một số kim loại ở 200 CNỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độKhi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại thay đổi như thế nào?- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.NỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnHãy quan sát đồ thị thu được về sự phụ thuộc của điện trở của cột thuỷ ngân vào nhiệt độ, sau đó nêu nhận xét sự thay đổi điện trở của cột thuỷ ngân ở lân cận nhiệt độ 4 K ?- Khi nhiệt độ càng giảm, điện trở suất của kim loại cũng giảm liên tục.R( )T( K )4200,080,166 0K 2K 4K 8K 6KTempĐiện trở của một cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độNỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn- Khi nhiệt độ giảm xuống thấp (gần 0 K) điện trở của kim loại đột ngột giảm mạnh.Nhiều tính chất khác như từ tính và nhiệt dung cũng thay đổi đột ngột ở nhiệt độ này.Ta nói rằng các vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn. Khi nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở của một số kimloại và một số chất giảm xuống bằng 0.Thế nào là hiện tượng siêu dẫn?NỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnTên vật liệuTc(K)NhômThủy ngânChìThiếcKẽmHgBa2Ca2Cu3O81,194,157,193,720,85134Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫn Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất của một số vật liệu giảm đột ngột xuống bằng 0 khi nhiệt độ của vật liệu giảm xuống thấp hơn một giá trị Tc nhất định, gọi là nhiệt độ tới hạn. Dây siêu dẫn nhiệt độ cao thế hệ 2 (2G) có chiều rộng 4cm (công ty American Superconductor sản xuất). Ứng dụng thành công lớn nhất hiện nay của chất siêu dẫn là trong lĩnh vực giao thông, cụ thể là các con tàu có thể “lướt” trên đệm từ trường. Vào tháng 12 năm 2003, tàu Yamanashi MLX01 đã được thử nghiệm với vận tốc 581km/giờ. Nam châm siêu dẫn lớn nhất thế giớiKhi t1= t2=> Kim điện kế không lệch.Khi t1 ≠ t2=> kim điện kế bị lệch.Xét thí nghiệm sau:o o mV t1t2CuCucontantan- 10mV+ 10mVNỘI DUNG BÀI HỌCTiết 25Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠII. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnIV. Hiện tượng nhiệt điện * Hai đoạn dây kim loại có bản chất khác nhau được nối kín với nhau bởi hai mối hàn được gọi là một cặp nhiệt điện.- Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi hai mối hàn được giữ ở hai nhiệt độ khác nhau.* Suất điện động nhiệt điện: T1 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ cao hơn (K): hệ số nhiệt điện động (V/K)T2 : nhiệt độ ở đầu có nhiệt độ thấp hơn (K)NỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loại.II. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnIV. Hiện tượng nhiệt điện T( V/K)Cặp kim loại6,5Platin – Platin pha rôđi8,6Sắt – Đồng32,4Sắt – Niken40Đồng – Constantan50,4Sắt – ConstantanBảng một số cặp nhiệt điện thường dùng* Ứng dụng:.- Nhiệt kế nhiệt điện- Pin nhiệt điệnNỘI DUNG BÀI HỌCDòng điện trong kim loạiBài 13I. Bản chất của dòng điện trong kim loạiII. Sự phụ thuộc củađiện trở suất của kim loại theo nhiệt độIII. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnIV. Hiện tượng nhiệt điệnCặp nhiệt điện ứng dụng trong nhiệt kế điện tửCŨNG CỐ KIẾN THỨC:Dòng điện trong kim loạiBài 13Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động của các electron tự do làm xuất hiện điện trở kim loại và tác dụng nhiệt. Điện trở suất của kim loại ρ=ρ0[1+α(t-t0)]Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến 0 khi ở nhiệt độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn TC .Cặp nhiệt điện là hai dây dẫn kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện ξ = αT (T1 –T2) , αT là hệ số nhiệt điện động. Câu 1: Hạt tải điện cơ bản trong kim loại làA. Các electron tự do.B. Các ion âm.C. Các ion dương.D. Các nguyên tử.VẬN DỤNG LÀM BÀI TẬP: Câu 2: Khi nhiệt độ của dây kim loại tăng, điện trở của nó sẽA. Giảm đi.B. Không thay đổi.C. Tăng lên.D. Tùy từng kim loại.VẬN DỤNG LÀM BÀI TẬP:Câu 3: Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượngA. Điện trở của vật dẫn giảm xuống giá trị rất nhỏ khi nhiệt độ giảm xuống thấp.C. Điện trở của vật dẫn giảm xuống rất nhỏ khi nhiệt độ của nó đạt giá trị đủ cao.B. Điện trở của vật dẫn giảm xuống bằng không khi nhiệt độ của nó nhỏ hơn giá trị nhiệt độ tới hạn.D. Điện trở của vật dẫn bằng không khi nhiệt độ bằng 0(K).VẬN DỤNG LÀM BÀI TẬP:Câu 4: Suất nhiệt điện động của một cặp nhiệt điện phụ thuộc vàoA. nhiệt độ thấp hơn ở một trong hai đầu cặp.B. nhiệt độ cao hơn ở một trong hai đầu cặp.C. hiệu nhiệt độ hai đầu cặp.D. bản chất của chỉ một trong hai kim loại cấu tạo nên cặp.VẬN DỤNG LÀM BÀI TẬP: