Bài giảng Vật lý 11 - Bài 13: Dòng điện trong kim loại - Năm học 2022-2023 - Huỳnh Thị Hồng vân

CHÀO CÁC EM 
ĐÃ THAM GIA 
GIỜ HỌC VẬT LÝ 
Ch ư ơng III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TR Ư ỜNG 
1. Dòng điện trong kim loại 
2. Dòng điện trong chất điện phân 
3. Dòng điện trong chất khí 
4. Dòng điện trong chân không 
5. Dòng điện trong chất bán dẫn 
Nội dung chính của ch ư ơng III 
Bài 13. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI 
I. Bản chất dòng điện trong kim loại 
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ 
III. Hiện tượng siêu dẫn 
IV. Hiện tượng nhiệt điện 
Nội dung chính của bài: 
Dòng điện trong kim loại 
I. Bản chất của dòng điện trong kim loại 
1. Cấu trúc của kim loại 
+ Kim loại có cấu trúc tinh thể 
+ Nguyên tử kim loại có một vài electron bị bứt ra trở thành ion dương ở nút mạng, các electron bị bứt ra trên thành electron tự do gọi là hạt tải điện chuyển động trong khoảng không gian giữa các nút mạng 
Electron trong nguyên tử 
Nguyên tử tại nút mạng tinh thể 
Proton 
Kim loại có cấu trúc như thế nào? Hạt mang điện tự do trong kim loại là gì? 
Mô hình mạng tinh thể đồng 
+ Khi chưa có điện trường các ion dương ở nút mạng và các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn độn. 
+ Nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển động hỗn độn càng cao 
Khi chưa có điện trường, các hạt mạng điện tự do (hạt tải điện) chuyển động như thế nào? 
Mô phỏng chuyển động nhiệt của các electron trong kim loại 
+ Khi có điện trường các electron tự do chịu tác dụng của lực điện nên có thêm chuyển động có hướng ngược chiều điện trường và sinh ra dòng điện trong kim loại. Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do. 
Vậy: Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển rời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
+ 
- 
- 
2. Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại 
+ Trong tinh thể kim loại luôn có những chỗ nút mạng bị sai lệch so với mô tả hình học của nó (sai vị trí, có hạt lạ ) gọi là những chỗ mất trật tự của mạng tinh thể. 
+ Những chỗ mất trật tự của mạng tinh thể cản chở chuyển động có hướng của các electron tự do, nghĩa là cản trở dòng điện, hay kim loại có điện trở 
Khi có điện trường, các hạt tải điện chuyển động như thế nào? 
Bản chất của dòng điện trong kim loại như thế nào? 
Điện trở của vật dẫn kim loại là gì? Nguyên nhân nào làm kim loại có điện trở? 
II. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ 
1. Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ. 
+ Khi nhiệt độ tăng thì điện trở suất của kim loại cũng tăng và ngược lại 
	 = 0 [1 + (t – t 0 ) 
t 0 : Nhiệt độ ban đầu ( 0 C) 
t: Nhiệt độ xét ( 0 C) 
 : Hệ số nhiệt điện trở (K -1 ) 
 0 : Điện trở suất ở nhiệt độ t 0 (thường lấy ở 20 0 C) 
 : Điện trở suất ở nhiệt độ t ( m) 
Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ 
Điện trở suất của kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ như thế nào? 
2. Giải thích 
Khi nhiệt độ tăng, các hạt cấu tạo nên kim loại chuyển động nhiệt mạnh hơn, nên mức độ mất trật tự của mạng tinh thể cũng tăng, mức độ cản trở chuyển động có hướng của các electron tự do cũng tăng, nghĩa là mức độ cản trở dòng điện tăng, hay điện trở của vật dẫn tăng 
Kim loại 
ρ o ( Ω .m) 
 α (K -1 ) 
Bạc 
1,62.10 -8 
4,1.10 -3 
Bạch kim (Platin) 
10,6.10 -8 
3,9.10 -3 
Đồng 
1,69.10 -8 
4,3.10 -3 
Nhôm 
2,75.10 -8 
4,4.10 -3 
Sắt 
9,68.10 -8 
6,5.10 -3 
Vônfam 
5,25.10 -8 
4,5.10 -3 
Silic 
0,25.10 4 
-70.10 -3 
Điện trở suất của một số kim loại ở 20 0 C 
Nguyên nhân của sự phụ thuộc của điện trở suất kim loại vào nhiệt độ như thế nào? 
III. Hiện t ư ợng siêu dẫn 
1. Hiện tượng 
+ Khi nhiệt độ giảm thì điện trở suất của kim loại cũng giảm 
+ Đến một nhiệt độ nhất định thì điện trở suất của kim loại giảm nhanh về 0 
2. Khái niệm: Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng điện trở suất của kim loại giảm nhanh về 0 khi nhiệt độ giảm quá giá trị T C nhất định 
R (  ) 
T(K) 
4 
2 
0 
0,08 
0,16 
6 
0 K 
2 K 
4 K 
8 K 
6 K 
Temp 
Khảo sát sự phụ thuộc của điện trở kim loại vào nhiệt độ, các nhà khoa học đã phát hiện được hiện tượng này 
+ Nhiệt độ mà điện trở suất của chất dẫn điện giảm về 0 gọi là nhiệt độ tới hạn T C ( 0 K) 
+ Mỗi chất có một nhiệt độ tới hạn nhất định 
3. Ý nghĩa: 
+ Khi có hiện tượng siêu dẫn điện trở của vật dẫn bằng 0: Tránh được sự toả nhiệt trên dây truyền tải, giảm được hao phí khi truyền tải và có nhiều ứng dụng quý trong khoa học, công nghệ 
+ Khi có hiện tượng siêu dẫn khả năng dẫn điện của vật dẫn tăng mạnh, giảm được khối lượng dây, kích thước cột 
+ Nhiệt độ tới hạn T C của các chất đã tìm được rất thấp, con người chưa thể chung sống, chưa có giá trị nhiều 
Nhiệt độ tới hạn T c của một số chất 
Tên vật liệu 
T c (K) 
Nhôm 
Thủy ngân 
Chì 
Thiếc 
Kẽm 
HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 
1,19 0 K (-271,81 0 C) 
4,15 0 K (-268,85 0 C) 
7,19 0 K 
3,72 0 K 
0,85 0 K 
134 0 K (-139 0 C) 
Hiện tượng siêu dẫn có ý nghĩa như thế nào? 
IV. Hiện t ư ợng nhiệt điện 
1. Cặp nhiệt điện (Pin nhiệt điện) 
+ Cấu tạo: Gồm hai kim loại khác nhau được tiếp xúc (hàn) với nhau ở hai đầu 
+ Hoạt động: 
Khi nhiệt độ hai chỗ tiếp xúc (mối hàn) bằng nhau thì hiệu điện thế giữa hai chỗ tiếp xúc bằng 0. 
Khi nhiệt độ hai chỗ tiếp xúc khác nhau thì hiệu điện thế giữa hai chỗ tiếp xúc khác 0. Khi đó trong pin nhiệt điện có suất điện động gọi là suất điện động nhiệt điện . 
Cặp nhiệt điện (Pin nhiệt điện) 
Ngọn nến 
Nước đá 
Cặp nhiệt điện được cấu tạo như thế nào? 
Cặp nhiệt điện hoạt động như thế nào? 
2. Khái niệm: Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi hai chỗ tiếp xúc có nhiệt độ khác nhau 
Cặp nhiệt điện (Pin nhiệt điện) 
Ngọn nến 
Nước đá 
Chúng ta hiểu như thế nào về hiện tượng nhiệt điện? 
Củng cố bài học 
Câu 1: Tìm nhận định sai trong các câu sau 
A. Kim loại có cấu trúc tinh thể, ion dương ở nút mạng, electron tự do chuyển động trong khoảng không gian giữa các nút mạng 
B. Hạt tải điện trong kim loại là proton 
C. Hạt tải điện trong kim loại là electron tự do 
D. Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển rời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường 
Củng cố bài học 
Câu 2: Tìm nhận định sai trong các câu sau 
A. Điện trở suất của kim loại tăng khi nhiệt độ tăng 
B. Mỗi kim loại có một nhiệt độ tới hạn nhất định T C , khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn thì điện trở của kim loại giảm về 0 
C. Đa số kim loại có trạng thái siêu dẫn ở nhiệt độ trên 0 0 C 
D. Hiện tượng nhiệt điện là hiện tượng xuất hiện một suất điện động trong mạch của một cặp nhiệt điện khi hai chỗ tiếp xúc có nhiệt độ khác nhau 
Nội dung tự học 
1. Ôn tập nội dung bài đã học 
+ Cấu trúc tinh thể của kim loại 
+ Bản chất dòng điện trong kim loại 
+ Nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại 
+ Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại vào nhiệt độ 
+ Hiện tượng siêu dẫn 
+ Hiện tượng nhiệt điện 
+ Làm các bài tập có liên quan trong SGK và tài liệu học tập 
2. Chuẩn bị bài học tiếp theo: 
Bài 14: Dòng điện trong chất điện phân 
+ Các nội dung chính của bài 
+ Các nội dung đó như thế nào 
Sự nghiệp học là vô hạn. Học ở bạn bè, thày cô, những người xung quanh 
Học trong sách là con đ ư ờng ngắn nhất và ít tốn kém nhất