Bài giảng Vật lí 11 - Tiết học: Dòng điện trong kim loại

TỔ 2Nội dung chính I. BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI II. SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA KIM LOẠI THEO NHIỆT ĐỘ III. ĐIỆN TRỞ CỦA KIM LOẠI Ở NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ HIỆN TƯỢNG SIÊU DẪN IV. HIỆN TƯỢNG NHIỆT ĐIỆN+++--+-Ion dươngI. BẢN CHẤT CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠITrong kim loại, các nguyên tử bị mất êlectron hóa trị trở thành các ion dương. Các ion dương liên kết với nhau một cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại. Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng.Mô hình mạng tinh thể kim loại+----------++++++Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠICác êlectron hóa trị tách khỏi nguyên tử thành các êlectron tự do với mật độ n không đổi. Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí êlectron tự do choán toàn bộ thể tích của khối kim loại và không sinh ra dòng điện nào.EĐiện trường E do nguồn điện ngoài sinh ra, đẩy khí êlectron trôi ngược chiều điện trường, tạo ra dòng điện.++++++++++++++++++++Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của êlectron tự do, là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại.Thuyết êlectron về tính dẫn điện của kim loại cho thấy hạt tải điện trong kim loại là các êlectron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt.Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron tự do dưới tác dụng của điện trường.Khi 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 độII. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ- 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 6KTemp- 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?III. Điện trở của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫnHiện 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. Tên vật liệuTc(K)NhômThủy ngânChìThiếcKẽmHgBa2Ca2Cu3O81,194,157,193,720,85134Nhiệt độ tới hạn của một số chất siêu dẫnGiá trị Tc phụ thuộc vào bản thân vật liệu.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 giớiCác bạn đã biết, muốn có dòng điện phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn. Mà muốn có hiệu điện thế cần phải có một nguồn điện để tạo ra hiệu điện thế đó. Vậy, có cách nào tạo ra hai đầu mạch kín một hiệu điện thế mà không cần đến một nguồn điện hay không?H2Oo o mV t1t2CuCucontantanKhi t1= t2Kim không lệch.Khi t1 ≠ t2→ kim bị lệch. xét thí nghiệm sau:IV. 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)IV. 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 điệnCặp nhiệt điện ứng dụng trong nhiệt kế điện tử 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.CỦNG CỐ 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.CỦNG CỐCâu 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).CỦNG CỐCâu 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.CỦNG CỐ Câu 5: Ở 200C điện trở suất của bạc là 1,62.10-8 .Biết hệ số nhiệt điện trở của bạc là 4,1.10-3 K-1. Ở 330K thì điện trở suất của bạc là A. 3,679.10-8 B. 3,812.10-8C. 1,866.10-8 D. 1,753.10-8CỦNG CỐ