Dong dien trong cac moi truong 87445

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÍ TIỂU LUẬN MƠN: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƯỜNG GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Thầy LÊ VĂN HỒNG SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN THỊ YẾN NHI NGUYỄN THỊ SANG NGUYỄN THỊ KIỀU THU NGUYỄN THANH NGỌC THỦY ĐẶNG NGỌC THANH VÂN NGUYỄN THỊ YẾN MUC LUC MUC LUC .- LỜI MỞ ĐẦU .- Chương 1:Dòng Điện Trong Kim Loại - 1.1 Cấu trúc kim loại - 1.2 Nội dung thuyết electron kim loại - 1.3 Giải thích tính chất điện kim loại - 1.3.1 Giải thích tính dẫn điện tốt kim loại .- 1.3.2 Giải thích nguyên nhân gây điện trở .- 10 1.3.3 Giải thích tính phụ thuộc nhiệt độ điện trở - 10 1.4 Các tượng nhiệt điện - 10 1.4.1 Hiện tượng Seebeck - 11 1.4.2 Hiện tượng Peltier .- 13 1.4.3 Hiện tượng Thomson - 15 1.5 Siêu dẫn .- 17 Chương 2:DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN - 21 2.1 TÍNH CHẤT ĐIỆN CỦA BÁN DẪN - 21 2.2 TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA BÁN DẪN - 22 2.2.1 LÍ THUYẾT LƯỢNG TỬ - 22 2.2.2 LIÊN KẾT CỘNG HÓA TRỊ, CẤU TẠO VÀ TÍNH DẪN ĐIỆN CỦA CHẤT BÁN DẪN - 23 2.3 BÁN DẪN PHA TẠP CHẤT .- 25 2.3.1 Bán dẫn loại n .- 25 2.3.2 Bán dẫn loại p .- 26 2.4 BÁN DẪN SUY BIẾN .- 27 2.5 CÁC HIỆN TƯỢNG Ở LỚP CHUYỂN TIẾP p-n - 27 2.6 Các ứng dụng chất bán dẫn: - 31 2.6.1 Nhiệt điện trở: .- 31 2.6.2 Quang điện trở .- 32 2.6.3 Pin nhiệt điện bán dẫn - 32 2.6.4 Diod chỉnh lưu (thông dụng nhất) .- 33 2.6.5 Diod tách sóng - 34 2.6.6 Diod phát quang (Led) - 34 2.6.7 Diod biến dung - 35 2.6.8 Diod ổn định (diod Zener) - 36 2.6.9 Diod tunnel ( diod đuờng ngầm) - 38 2.7 Transitor có lớp chuyển tiếp, transitor trường - 40 2.7.1 Transitor có lớp chuyển tiếp .- 40 2.7.2 Transitor hiệu ứng trường(FET) - 43 2.7.3 Transitor hiệu ứng trường có lớp chuyển tiếp .- 44 2.7.4 Transitor hiệu ứng trường cửa cách li - 45 Chương 3: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ - 47 - 3.1 BẢN CHẤT DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ - 47 3.1.1 Thí nghiệm - 47 3.1.2 Quãng đường tự trung bình electron chất khí - 49 3.1.3 Sự ion hóa chất khí, lượng ion hóa điện ion hóa .- 49 3.2 SỰ PHĨNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ Ở ÁP SUẤT BÌNH THƯỜNG - 50 3.2.1 Sự phóng điện khơng tự lực chất khí - 50 3.3 CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN Ở ÁP SUẤT THƯỜNG .- 53 3.3.1 Sự phóng điện hình tia : .- 53 3.3.2 Sét - 54 3.3.3 Hồ quang điện .- 54 3.3.4 ỨNG DỤNG .- 55 3.4 SỰ PHÓNG ĐIỆN Ở ÁP SUẤT THẤP .- 57 3.4.1 Sự phóng điện thành miền - 57 3.4.2 Tia catod tia Rontgen, tia dương - 57 Chương : Dịng điện chân khơng - 61 4.1 Các loại phát xạ electron .- 61 4.1.1 Phát xạ nhiệt electron - 61 4.1.2 Phát xạ quang electron - 61 4.1.3 Phát xạ electron thứ cấp - 62 4.1.4 Tự phát xạ electron - 63 4.2 Dịng điện chân khơng .- 65 4.2.1 Thí nghiệm dịng điện chân khơng - 65 4.2.2 Bản chất dịng điện chân khơng - 66 4.2.3 Sự phụ thuộc cường độ dịng điện chân khơng vào hiệu điện - 66 4.3 Ứng dụng dòng điện chân không - 67 4.3.1 Các tính chất tia catod - 67 4.3.2 Các ứng dụng dịng điện chân khơng - 68 Chương 5: Dòng điện chất điện phân - 74 5.1 Sự tạo thành ion dung dịch lỏng v ắn - 74 5.1.1 Hiện tượng điện phân - 74 5.1.2 Sự tạo thành ion dung dịch - 75 5.2 Dòng điện chất điện phân –Định luật Faraday - 76 5.2.1 Phản ứng phụ tượng điện phân - 77 5.2.2 Dương cực tan .- 78 5.2.3 Định luật Farađây - 79 5.3 Các ứng dụng tượng điện phân: - 82 5.3.1 Công nghệ điện phân điều chế xút- clo- hiđro - 82 5.3.2 Luyện kim - 82 5.3.3 Mạ điện .- 83 5.3.4 Đúc điện - 83 5.4 HIỆN TƯỢNG ĐIỆN HÓA – CÁC NGUỒN PIN .- 84 5.4.1 Hiện tượng điện hóa - 84 5.4.2 Các nguồn pin .- 84 5.5 Hiện tượng phân cực điện phân - 89 - 5.5.1 Sự phân cực điện phân - 89 5.5.2 Acquy - 90 KẾT LUẬN - 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 98 - LỜI MỞ ĐẦU Đa số ứng dụng điện liên quan đến dòng điện, nghĩa liên quan đến dòng chuyển dời điện tích, quan sát dịng điện mơi trường dịng điện lớn phóng qua mơi trường khí tạo nên sét, dịng điện chạy dây dẫn kim loại gia đình cung cấp lượng điện cho công cụ điện đèn chiếu sáng, bàn là, tủ lạnh… Chúng ta quan sát hình ảnh hình ti vi nhờ có chùm êlectron chuyển động vùng chân khơng bên ống hình tác dụng lên huỳnh quang Các linh kiện bán dẫn có mặt đồ điện quen thuộc gia đình máy tính, điện thoại di động, điều khiển từ xa… Các ứng dụng dựa sở lý thuyết dịng điện mơi trường ngày phát triển cao Để tìm hiểu sâu vấn đề nhóm chúng tơi nỗ lực thực tiểu luận: “Dịng điện mơi trường ứng dụng” Trong nhóm chúng tơi trình bày sở lý thuyết ứng dụng dòng điện môi trường từ truớc đến Do kiến thức cịn hạn chế nên cịn nhiều sai sót, nhóm chúng tơi mong thơng cảm góp ý từ phía bạn đọc Chân thành cảm ơn Nhóm thực Chương 1:Dịng Điện Trong Kim Loại 1.1 Cấu trúc kim loại Một nguyên tử riêng lẻ bao gồm hạt nhân mang điện tích dương trung tâm electron chuyển động xung quanh Giữa chúng có lực tương tác tĩnh điện để liên kết hạt nhân với electron tạo thành nguyên tử bền vững Sự liên kết hình dung hàng rào giam giữ electron nguyên tử Khi nguyên tử đơn lẻ tiến lại gần liên kết thành mạng tinh thể, khoảng cách nguyên tử co ngắn lại làm hàng rào hạ xuống, lực tương tác electron hoá trị lớp với hạt nhân yếu electron xem electron tự Như vậy, tinh thể kim loại bao gồm ion dương xếp trật tự tuần hồn, chiếm vị trí nút mạng tinh thể Các electron hóa trị tách Hình 1.1: tương tác nguyên tử kim loại khỏi nguyên tử, di chuyển tự toàn mạng tinh thể trở thành electron tự Các electron liên kết không với ion dương mà liên kết với tất ion dương khác mạng tinh thể Các electron hoá trị trở thành electron tự dùng chung cho mạng tinh thể Số nguyên tử tinh thể lớn, nguyên tử đóng góp vài electron hố trị, electron có mật độ lớn nên bao phủ tồn thể tích tinh thể kim loại( mật độ electron tự tương ứng với mật độ nguyên tử, vào khoảng 1028electron/m3) Tương tác đám mây electron tự mang điện tích âm ion nút mạng mang điện tích dương lực liên kết tạo nên tinh thể kim loại bền vững Hình 1.2: tập thể hóa electron tự dolớp 3s nguyên tử Natri Tinh thể kim loại có đặc điểm mật độ electron tự lớn, electron linh động, dễ dàng chuyển động tự toàn mạng tinh thể nên vật dẫn kim loại có tính chất đặc biệt dẫn điện, dẫn nhiệt tốt có độ bền uốn, độ bền kéo cao 1.2 Nội dung thuyết electron kim loại Các chất cấu tạo từ phân tử, phân tử nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử có hạt nhân mang điện tích dương, tập trung hầu hết khối lượng nguyên tử Các electron mang điện tích âm (-e) chuyển động xung quanh hạt nhân, e điện tích nguyên tố có giá trị e = 1,6.10-19C Hạt nhân nguyên tử vị trí trung tâm nguyên tử, có kích thước nhỏ (đường kính khoảng 10-13m) Hạt nhân bao gồm proton mang điện tích +e (=1,6.10 19 C), khối lượng mp = 1,673.10-27 kg, lớn gấp 1836 lần khối lượng electron m e= 9,1.10-31kg hạt nơtron khơng mang điện có khối lượng xấp xỉ khối lượng hạt proton Hình 1.3:mơ hình ngun tử Natri Trong ngun tử trung hịa điện số electron số proton Do khối lượng electron bé so với khối lượng proton nên electron dễ di chuyển proton nhiều Nếu nguyên nhân đó, ngun tử số electron tổng đại số điện tích nguyên tử số dương Ngược lại nguyên tử nhận thêm số electron, số electron nguyên tử lớn số proton Nguyên tử trở thành ion âm Trong kim loại có electron tự Mật độ electron tự xấp xỉ mật độ nguyên tử kim loại nên lớn Tập hợp electron tự kim loại coi khí electron, có tính chất giống khí lý tưởng Khí electron tuân theo định luật khí lí tưởng 1.3 Giải thích tính chất điện kim loại 1.3.1 Giải thích tính dẫn điện tốt kim loại 1.3.1.1 Bằng thuyết electron Kim loại dẫn điện tốt mật độ electron tự kim loại lớn Tính dẫn điện kim loại giải thích sau: Các electron tự kim loại có tốc độ lớn ( cỡ 10 m/s), chuyển động nhiệt hỗn độn tán xạ chỗ trật tự mạng tinh thể nên khơng có hướng ưu tiên Xét số electron chuyển động theo chiều đó, trung bình ln số electron chuyển động theo chiều ngược lại Điện lượng tổng cộng electron qua mặt theo chiều không Vậy chuyển động hỗn loạn electron tự khơng tạo dịng điện vật dẫn kim loại Hình 1.4: chuyển động nhiệt chuyển động electron nguyên tử kim loại Khi đặt hiệu điện bên vào hai đầu vật dẫn kim loại, chịu tác dụng lực điện trường, electron tự nhận thêm thành phần vận tốc chuyển động có hướng ngược chiều điện trường ngồi Trong F lực điện trường ngồi tác dụng lên electron Khi số electron chuyển động ngược với chiều điện trường lớn số electron chuyển động chiều với điện trường ngồi, nghĩa xuất chuyển dời có hướng hạt điện tích dẫn đến kim loại có dòng điện Dòng điện kim loại dòng dịch chuyển có hướng electron tự ngược chiều điện trường tác dụng lên kim loại 1.3.1.2 Bằng lí thuyết lượng tử Giải thích tính dẫn điện kim loại lí thuyết dải lượng 10 Kim loại có số electron tự lớn nên dẫn điện tốt Ở độ khơng tuyệt đối, electron hố trị chiếm phần trạng thái dải lượng mà chiếm chỗ, dải cịn nhiều trạng thái lượng trống Theo quan điểm lượng tử, sóng electron khơng va chạm chuyển động mạng tinh thể lí tưởng hồn tồn trật tự, nên electron dẫn có quãng đường chuyển động tự lớn Thực tế, quãng đường chuyển động tự electron bị hạn chế tinh thể thực tồn khuyết tật sai hỏng mạng tinh thể tạp chất Trong chuyển động có hướng, electron tự tán xạ với chỗ nhỏ trật tự mạng tinh thể làm electron bị tổn hao lượng chuyển động có hướng Nguyên nhân làm cho mạng tinh thể có chỗ trật tự chuyển động nhiệt ion dương nút mạng dao động Hình 1.5: Cấu trúc dải luợng êlectron tinh thể quanh vị trí cân làm tăng biên độ tán xạ Các nguyên tử tạp chất có mạng tinh thể gây khuyết tật mạng tinh thể tác nhân học gây nên sai lệch điểm, sai lệch đường, sai lệch khối mạng tinh thể Các ngun nhân làm cản trở dịng chuyển động electron, cản trở dòng điện kim loại hay kim loại có điện trở Các kim loại khác có cấu tạo mạng tinh thể khác nhau, tác dụng cản trở chuyển động electron tự khác Đó nguyên nhân gây điện trở suất kim loại khác khác Trong sai hỏng mạng nói trên, sai hỏng tạp chất, học phụ thuộc nhiệt độ Nhưng sai hỏng dao động ion phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ Nhiệt độ tăng lên, dao động nhiệt ion nút mạng tăng, dẫn đến tán xạ electron tăng, mà số