dòng điện trong các môi trường

- 0 - TRNG I HC S PHM THÀNH PH H CHÍ MINH KHOA VT LÍ TIU LUN MÔN: PHNG PHÁP NGHIÊN CU KHOA HC TÊN  TÀI: DÒNG IN TRONG CÁC MÔI TRNG GIÁO VIÊN HNG DN: Thy LÊ VN HOÀNG SINH VIÊN THC HIN : NGUYN TH YN NHI NGUYN TH SANG NGUYN TH KIU THU NGUYN THANH NGC THY NG NGC THANH VÂN NGUYN TH YN - 1 - MUC LUC MUC LUC 1 - LI M U 4 - 1. Chng 1:Dòng in Trong Kim Loi 5 - 1.1 Cu trúc ca kim loi 5 - 1.2 Ni dung thuyt electron v kim loi 6 - 1.3 Gii thích tính cht đin ca kim loi 8 - 1.3.1 Gii thích tính dn đin tt ca kim loi 8 - 1.3.2 Gii thích nguyên nhân gây ra đin tr 10 - 1.3.3 Gii thích tính ph thuc nhit đ ca đin tr 10 - 1.4 Các hin tng nhit đin 10 - 1.4.1 Hin tng Seebeck 11 - 1.4.2 Hin tng Peltier 13 - 1.4.3 Hin tng Thomson 15 - 1.5 Siêu dn 17 - 2. Chng 2:DÒNG IN TRONG CHT BÁN DN 21 - 2.1 TÍNH CHT IN CA BÁN DN 21 - 2.2 TÍNH DN IN CA BÁN DN 22 - 2.2.1 LÍ THUYT LNG T 22 - 2.2.2 LIÊN KT CNG HÓA TR, CU TO VÀ TÍNH DN IN CA CHT BÁN DN 23 - 2.3 BÁN DN PHA TP CHT 25 - 2.3.1 Bán dn loi n 25 - 2.3.2 Bán dn loi p 26 - 2.4 BÁN DN SUY BIN 27 - 2.5 CÁC HIN TNG  LP CHUYN TIP p-n 27 - 2.6 Các ng dng ca cht bán dn: 31 - 2.6.1 Nhit đin tr: 31 - 2.6.2 Quang đin tr 32 - 2.6.3 Pin nhit đin bán dn 32 - 2.6.4 Diod chnh lu (thông dng nht) 33 - 2.6.5 Diod tách sóng 34 - 2.6.6 Diod phát quang (Led) 34 - 2.6.7 Diod bin dung 35 - 2.6.8 Diod n đnh (diod Zener) 36 - 2.6.9 Diod tunnel ( diod đung ngm) 38 - 2.7 Transitor có lp chuyn tip, transitor trng 40 - 2.7.1 Transitor có lp chuyn tip 40 - 2.7.2 Transitor hiu ng trng(FET) 43 - 2.7.3 Transitor hiu ng trng có lp chuyn tip 44 - 2.7.4 Transitor hiu ng trng ca cách li 45 - 3. Chng 3: DÒNG IN TRONG CHT KHÍ 47 - - 2 - 3.1 BN CHT DÒNG IN TRONG CHT KHÍ 47 - 3.1.1 Thí nghim 47 - 3.1.2 Quãng đng t do trung bình ca electron trong cht khí 49 - 3.1.3 S ion hóa cht khí, nng lng ion hóa và đin th ion hóa 49 - 3.2 S PHÓNG IN TRONG CHT KHÍ  ÁP SUT BÌNH THNG 50 - 3.2.1 S phóng đin không t lc ca cht khí. 50 - 3.3 CÁC DNG PHÓNG IN  ÁP SUT THNG 53 - 3.3.1 S phóng đin hình tia : 53 - 3.3.2 Sét 54 - 3.3.3 H quang đin 54 - 3.3.4 NG DNG 55 - 3.4 S PHÓNG IN  ÁP SUT THP 57 - 3.4.1 S phóng đin thành min 57 - 3.4.2 Tia catod và tia Rontgen, tia dng 57 - 4. Chng 4 : Dòng đin trong chân không 61 - 4.1 Các loi phát x electron 61 - 4.1.1 Phát x nhit electron 61 - 4.1.2 Phát x quang electron 61 - 4.1.3 Phát x electron th cp 62 - 4.1.4 T phát x electron 63 - 4.2 Dòng đin trong chân không 65 - 4.2.1 Thí nghim dòng đin trong chân không 65 - 4.2.2 Bn cht dòng đin trong chân không 66 - 4.2.3 S ph thuc ca cng đ dòng đin trong chân không vào hiu đin th - 66 - 4.3 ng dng ca dòng đin trong chân không 67 - 4.3.1 Các tính cht ca tia catod 67 - 4.3.2 Các ng dng ca dòng đin trong chân không 68 - 5. Chng 5: Dòng đin trong cht đin phân 74 - 5.1 S to thành các ion trong dung dch lng v n 74 - 5.1.1 Hin tng đin phân 74 - 5.1.2 S to thành các ion trong dung dch 75 - 5.2 Dòng đin trong cht đin phân –nh lut Faraday 76 - 5.2.1 Phn ng ph trong hin tng đin phân 77 - 5.2.2 Dng cc tan 78 - 5.2.3 nh lut Farađây 79 - 5.3 Các ng dng ca hin tng đin phân: 82 - 5.3.1 Công ngh đin phân điu ch xút- clo- hiđro 82 - 5.3.2 Luyn kim 82 - 5.3.3 M đin 83 - 5.3.4 úc đin 83 - 5.4 HIN TNG IN HÓA – CÁC NGUN PIN 84 - 5.4.1 Hin tng đin hóa 84 - 5.4.2 Các ngun pin 84 - 5.5 Hin tng phân cc trong đin phân 89 - - 3 - 5.5.1 S phân cc khi đin phân 89 - 5.5.2 Acquy 90 - KT LUN 96 - TÀI LIU THAM KHO 98 - - 4 - LI M U a s các ng dng ca đin liên quan đn dòng đin, ngha là liên quan đn dòng chuyn di ca các đin tích, chúng ta có th quan sát dòng đin  mi môi trng nh dòng đin rt ln phóng qua môi trng khí to nên sét, dòng đin chy trong dây dn kim loi trong gia đình cung cp nng lng đin cho các công c đin nh đèn chiu sáng, bàn là, t lnh… Chúng ta có th quan sát hình nh trên màn hình ti vi nh có chùm êlectron chuyn đng trong vùng chân không bên trong ng hình tác dng lên màn hunh quang. Các linh kin bán dn đã có mt trong các đ đin quen thuc ca các gia đình nh máy tính, đin thoi di đng, b điu khin t xa… Các ng dng da trên c s lý thuyt dòng đin trong các môi trng đã và đang ngày càng phát trin cao.  tìm hiu sâu hn v vn đ nhóm chúng tôi đã n lc thc hin bài tiu lun: “Dòng đin trong các môi trng và ng dng”. Trong bài này nhóm chúng tôi trình bày nhng c s lý thuyt và ng dng ca dòng đin trong các môi trng t truc đn nay. Do kin thc còn hn ch nên còn nhiu sai sót, vì vy nhóm chúng tôi rt mong s thông cm và góp ý t phía bn đc. Chân thành cm n. Nhóm thc hin. - 5 - 1. Chng 1:Dòng in Trong Kim Loi 1.1 Cu trúc ca kim loi Mt nguyên t riêng l bao gm ht nhân mang đin tích dng  trung tâm và các electron chuyn đng xung quanh. Gia chúng có lc tng tác tnh đin đ liên kt ht nhân vi các electron to thành nguyên t bn vng. S liên kt này đc hình dung nh hàng rào th nng giam gi các electron trong nguyên t. Khi các nguyên t đn l tin li gn nhau liên kt thành mng tinh th, khong cách gia các nguyên t co ngn li làm hàng rào th h xung, lc tng tác ca electron hoá tr lp ngoài cùng vi ht nhân là rt yu và các electron này đc xem là electron t do. Nh vy, tinh th kim loi bao gm các ion dng sp xp trt t tun hoàn, chim v trí các nút mng tinh th. Các electron hóa tr tách Hình 1.1: th nng tng tác gia các nguyên t trong kim loi khi nguyên t, di chuyn t do trong toàn b mng tinh th tr thành electron t do. Các electron này liên kt không ch vi mt ion dng mà nó liên kt vi tt c các ion dng khác trong mng tinh th. Các electron hoá tr đã tr thành các electron t do và đc dùng chung cho c mng tinh th S nguyên t trong tinh th rt ln, mi nguyên t có th đóng góp mt vài electron hoá tr, các electron này có mt đ rt ln nên bao ph toàn b th tích ca tinh th kim loi( mt đ electron t do tng ng vi mt đ nguyên t, vào khong 10 28 electron/m 3 ). Tng tác gia đám mây electron t do mang đin tích âm và các ion - 6 -  nút mng mang đin tích dng chính là lc liên kt to nên tinh th kim loi bn vng. Hình 1.2: s tp th hóa các electron t dolp 3s ca các nguyên t Natri Tinh th kim loi có đc đim là mt đ electron t do rt ln, các electron này rt linh đng, d dàng chuyn đng t do trong toàn b mng tinh th nên các vt dn kim loi có các tính cht đc bit nh dn đin, dn nhit tt và có đ bn un, đ bn kéo cao. 1.2 Ni dung thuyt electron v kim loi Các cht đc cu to t các phân t, các phân t do các nguyên t to thành. Mi nguyên t đu có ht nhân mang đin tích dng, tp trung hu ht khi lng ca - 7 - nguyên t. Các electron mang đin tích âm (-e) chuyn đng xung quanh ht nhân, e là đin tích nguyên t có giá tr e = 1,6.10 -19 C. Ht nhân nguyên t  v trí trung tâm ca nguyên t, nó có kích thc rt nh (đng kính khong 10 -13 m). Ht nhân bao gm proton mang đin tích +e (=1,6.10 - 19 C), khi lng m p = 1,673.10 -27 kg, ln gp 1836 ln khi lng ca electron m e = 9,1.10 -31 kg và ht ntron không mang đin có khi lng xp x khi lng ht proton. Hình 1.3:mô hình nguyên t Natri Na Trong nguyên t trung hòa v đin thì s electron bng s proton. Do khi lng ca electron rt bé so vi khi lng ca proton nên electron d di chuyn hn proton rt nhiu. Nu vì mt nguyên nhân nào đó, nguyên t mt đi mt s electron thì tng đi s các đin tích trong nguyên t là mt s dng. Ngc li nguyên t nhn thêm mt s electron, s electron trong nguyên t ln hn s proton. Nguyên t tr thành ion âm. Trong kim loi có các electron t do. Mt đ electron t do xp x bng mt đ ca nguyên t trong kim loi nên rt ln. Tp hp các electron t do trong kim loi đc coi nh khí electron, có tính cht ging nh khí lý tng. Khí electron tuân theo các đnh lut ca khí lí tng. - 8 - 1.3 Gii thích tính cht đin ca kim loi 1.3.1 Gii thích tính dn đin tt ca kim loi 1.3.1.1 Bng thuyt electron Kim loi dn đin tt vì mt đ electron t do trong kim loi rt ln. Tính dn đin ca kim loi đc gii thích nh sau: Các electron t do trong kim loi có tc đ rt ln ( c 10 5 m/s), chuyn đng nhit hn đn tán x trên các ch mt trt t ca mng tinh th nên không có hng u tiên. Xét s electron chuyn đng theo mt chiu nào đó, v trung bình luôn bng s electron chuyn đng theo chiu ngc li. in lng tng cng bi các electron đi qua mt mt bt kì theo mt chiu nào đó là bng không. Vy chuyn đng hn lon ca các electron t do không to ra dòng đin trong vt dn kim loi. E = 0 E Hình 1.4: chuyn đng nhit và chuyn đng cun ca electron trong nguyên t kim loi Khi đt mt hiu đin th bên ngoài vào hai đu ca vt dn kim loi, do chu tác dng ca lc đin trng, các electron t do nhn thêm mt thành phn vn tc chuyn đng có hng ngc chiu đin trng ngoài. Trong đó F là lc do đin trng ngoài tác dng lên mt electron. Khi đó s electron chuyn đng ngc vi chiu đin trng ngoài s ln hn s electron chuyn đng cùng chiu vi đin trng ngoài, ngha là xut hin chuyn di có hng ca các ht đin tích dn đn trong kim loi có dòng đin. Dòng đin trong kim loi là dòng dch chuyn có hng ca các electron t do ngc chiu đin trng ngoài tác dng lên kim loi - 9 - 1.3.1.2 Bng lí thuyt lng t Gii thích tính dn đin ca kim loi bng lí thuyt di nng lng Kim loi có s electron t do ln nên dn đin tt.  đ không tuyt đi, các electron hoá tr ch chim mt phn các trng thái ca di nng lng mà nó chim ch, trong di còn nhiu trng thái nng lng còn trng. Theo quan đim lng t, sóng electron không va chm khi chuyn đng trong mng tinh th lí tng hoàn toàn trt t, nên electron dn có quãng đng chuyn đng t do rt ln. Thc t, quãng đng chuyn đng t do ca electron b hn ch do trong tinh th thc luôn tn ti các khuyt tt do sai hng mng tinh th và tp cht. Trong chuyn đng có hng, các electron t do luôn tán x vi các ch nh mt trt t ca mng tinh th làm các electron b tn hao nng lng chuyn đng có hng. Nguyên nhân làm cho mng tinh th có nhng ch mt trt t có th do chuyn đng nhit ca các ion dng  nút mng dao đng Hình 1.5: Cu trúc di nng lung ca êlectron trong tinh th quanh v trí cân bng làm tng biên đ tán x. Các nguyên t tp cht có trong mng tinh th gây ra các khuyt tt ca mng tinh th hoc do các tác nhân c hc gây nên các sai lch đim, sai lch đng, sai lch khi ca mng tinh th. Các nguyên nhân đó làm cn tr dòng chuyn đng ca các electron, cn tr dòng đin trong kim loi hay kim loi có đin tr. Các kim loi khác nhau có cu to mng tinh th khác nhau, do đó tác dng cn tr chuyn đng ca các electron t do khác nhau. ó là nguyên nhân gây ra đin tr sut ca các kim loi khác nhau là khác nhau. Trong các sai hng mng nói trên, sai hng do tp cht, do c hc ít ph thuc nhit đ. Nhng [...]... ch i n Hai u cu v t khác nhau Khi ó, d c theo các v t d n xu t hi n m t bi n nên xu t hi n các dòng nhi t Trong v t d n b, chi u dòng nhi t trùng v i chi u dòng i n, còn trong v t d n a, chi u c a hai dòng ó l i ng c nhau Trên hai v t d n ch n hai i m a và b sao cho khi ch a có dòng i n, nhi t t i hai i m ó là nh nhau Th c nghi m cho th y, khi có dòng i n trong m ch, nhi t i m ó là khác nhau d n và b... d c l i , các ng c a m ng tinh th , t c là h p th nhi t Khi dòng i n trong v t d n ch y theo m t chi u nào ó thì tác d ng to nhi t hay h p th nhi t c a hai nguyên nhân trên trái ng c nhau i u này gi i thích t i sao trong m t s kim lo i khi chi u dòng i n và chi u dòng nhi t trùng nhau thì có s to nhi t, còn m t s kim lo i khác trong i u ki n y l i có s h p th nhi t 1.5 Siêu d n Dòng i n trong kim lo... n m 1960, H.Bardeen, L.N Copper và J.R.Schrieffer vì sao các phân t t i i n có th chuy n nhi t u a ra lí thuy t gi i thích ng không b c n tr trong các ch t siêu d n th p Lí thuy t BCS gi thi t r ng các h t t i i n không ph i là các electron riêng l mà là c p các electron Các c p Cooper nh v y c xem là các h t t i i n v i tính ch t r t khác v i các electron riêng bi t t o ra c p Cooper, lí thuy t xem... gian gi a kim lo i và i n môi i n tr su t c a kim lo i n m trong kh ang 10-8 n 10-6 m i n tr su t c a bán d n n m trong kh ang t 10-4 n 1010 m tùy theo công ngh ch t o ra nó Các v t li u có i n tr su t l n h n 108 m c coi là i n môi C ng có th phân lo i các lo i v t li u trên d a vào s ph thu c c a i n tr su t theo nhi t nhi t tuy t nhi u kim lo i, i n tr su t iT: = Trong ó 0 Trong ó 0(1 + t) là i n... r i kh i nhau hóa tr i n n ng l nhi t th p ng c a chúng có các d i hóa tr và d i d n tách c ng n cách b i m t khe n ng l y t t c các tr ng thái n ng l ng không c phép Các electron ng trong d i hóa tr , trong d i d n h u nh không có electron t do Ch t bán d n có khe n ng l ng gi a d i hóa tr và d i d n h p h n so v i ch t cách i n Vì v y, các electron t d i hóa tr có kh n ng v d i d n còn tr ng phía... phía, các mi n bán d n lo i p và lo i n không có bi n M c Fermi có giá tr nh nhau cho toàn b h có s trao i gì i h t t i i n n p - p + + + + + n e Ec e Ef Ev Hình 2.6: l p chuy n ti p p-n Nh ng i n tích kh i trái d u bên trong, h hai phía m t phân cách t o nên m t i n tr ng t bán d n lo i n sang bán d n lo i p i n tr ng ng trong gây nên dòng cu n các h t mang i n thi u s qua m t phân cách Khi dòng chuy... ng trong làm hang ráo th n ng nâng cao, vùng nghèo ti p xúc t ng lên Các h t d n a s b thi u s chuy n ng ngoài cùng chi u i n c m r ng, i n tr l p y ra xa vùng chuy n ti p p-n Ch còn h t d n ng cu n qua vùng chuy n ti p gây ra dòng ng g i là vùng ti p xúc óng Dòng ng ít nên giá tr dòng i n ng p-n có tính ch nh l u c Tr c là dòng c a các h t thi u s , s l ng h p này ng h t t i r t c r t nh so v i dòng. .. u c a ti p xúc p-n; phân c c thu n dòng có giá tr l n do dòng h t a s phun qua ti p xúc p-n m , phân c c ng c dòng có giá tr nh do h t thi u s trôi qua ti p xúc p-n b khóa Dòng ng c r t nh so v i dòng thu n nên có th coi nh không có dòng ng lúc ó iôt nh m t v t cách i n theo chi u ng Khi i n áp ng t Hi n t t c t ng v c t quá m t giá tr nh t ng này g i là hi n t nh, dòng ng ng ánh th ng diod ng ánh th... Khi dòng chuy n d i c a các h t thi u s d i tác d ng c a i n tr t i a s , tr ng thái cân b ng c thi t l p Hàng rào th n ng ng n c n s chuy n ti p xúc ng trong cân b ng v i dòng khu ch tán c a h t i n tr ng trong t giá tr xác nh ng khu ch tán c a các h t t i a s qua d i c thi t l p C TÍNH CH NH L U C A L P CHUY N TI P p-n L p chuy n ti p p-n có c tính ch nh l u dòng i n : nó cho dòng i n i qua theo m... p p-n có c tính ch nh l u dòng i n : nó cho dòng i n i qua theo m t chi u d dàng h n so v i dòng i n theo chi u ng c l i và trong ch nh l u dòng i n xoay chi u thành dòng i n m t chi u c ng d ng - 29 - Trong l p ti p xúc p-n có i n tr E =e hàng rào th n ng o ng ti p xúc trong, i n tr ng này sinh ra ng n c n các h t t i i n a s chuy n qua l p chuy n ti p Khi d t i n áp thu n (c c âm c a ngu n n i v . 74 - 5.1 S to thành các ion trong dung dch lng v n 74 - 5.1.1 Hin tng đin phân 74 - 5.1.2 S to thành các ion trong dung dch 75 - 5.2 Dòng đin trong cht đin phân –nh lut. 4.2 Dòng đin trong chân không 65 - 4.2.1 Thí nghim dòng đin trong chân không 65 - 4.2.2 Bn cht dòng đin trong chân không 66 - 4.2.3 S ph thuc ca cng đ dòng đin trong chân không. 3. Chng 3: DÒNG IN TRONG CHT KHÍ 47 - - 2 - 3.1 BN CHT DÒNG IN TRONG CHT KHÍ 47 - 3.1.1 Thí nghim 47 - 3.1.2 Quãng đng t do trung bình ca electron trong cht khí 49 - 3.1.3