dòng điện trong các môi trường

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN( tự soạn ) I/Chất bán dẫn và tính chất : Chất bán dẫn là một nhóm vật liệu tiêu biểu là gemani và silic Điện trở suất của chất bán dẫn có giá trị nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và điện môi Điện trở suất của chất bán dẫn phị thuộc mạnh vào tạp chất Điện trở suất của chất bán dẫn cũng giãm đáng kể khi nó bị chiếu sang hoặ bị tác dụng của các tác nhân ion hóa II/ Hạt tải điện trong chất bán dẫn . bán dẫn loại n và bán dẫn loại p : 1. Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p: bán dẫn loại n : hạt tải điện mang điện âm bán dẫn loại p: hạt tải điện mang điện dương 2. Êlectron và lỗ trống : Chất bán dẫn có hai loại : electron và lỗ trống Dòng điện trong chất bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển đông ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường 3. Tạp chất cho ( đôno) và tạp chất nhận ( axepto) : Bán dẫn chứa đôno ( tạp chất cho ) là loại n có mật độ êlectron rất lớn so với mật độ lỗ trống Bán dẫn chứa axepto ( tạp chất nhận ) là loại p có mật độ lỗ trống rất lớn so với mật độ electron III/ Lớp chuyển tiếp p-n : Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn 1. Lớp nghèo : Ở lớp chuyển tiếp p- n hình thành một lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo : về phía bán dẫn n có các ion đono tích điện dương và về phía bán dẫn loại p có các ion axepto tích điện âm Điện trở của lớp nghèo rất lớn 2. Dòng điện chạy qua lớp nghèo : Dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p-n chỉ theo chiều từ p sang n IV/ Đi ốt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dung đi ốt bán dẫn : Lớp chuyển tiếp p-n được nối vào mạch điện xoay chiều dùng lắp mạch chỉnh lưu biến dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều V/ Tranzito lưỡng cực n-p-n . cấu tạo và nguyên l y hoạt động : Một lớp bán dẫn loại p rất mỏng kẹp giữa hai lớp bán dẫn loại n thực hiện trên một tinh thể bán dẫn ( Ge , Si , …. ) là một tranzito n-p-n .Tranzito co khả năng khuếch đại tính hiệu điện và dung để lắp bộ khuếch đại và các khóa điện tử DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG( tự soạn ) I / Cách tạo ra dòng điện trong chân không : 1. Bản chất dòng điện trong chân không : ( SGK ) Là dòng chuyển dời có h ư ớng c ủa các electron đ ược đ ưa vào trong khoảng chân không đó 2. Thí nghiệm : Hình 16.1 SGK , mô tả trong SGK II/ Tia ca tốt : 1. Thí nghiệm : ( SGK ) 2. Tính chất tia ca tốt : • Nó phát ra từ ca tốt , theo phương vuông góc với bề mặt ca tốt . Gặp vật cản , nó bị chặn lại và làm vật đó tích điện âm • Nó mang năng lượng lớn , có khả năng làm huỳnh quang các chất • Tia ca tốt bị lệch trong từ trường và điện trường 3. Bản chất của tia catốt : Là dòng electron phát ra từ ca tốt bay tự do trong không gian , sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp 4. Ứng dụng : • Tia ca tốt có thể tạo ra bằng một súng êlectron • Nó được dung trong đèn hình , ống phóng điện tử , để đốt nóng các vật trong chân không , … DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ( tự soạn ) I/ Chất khí là môi trường cách điện : Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hòa điện , do đó trong chất khí không có hạt tải điện II/ Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường : Hình 15.2 SGK Chất khí bị đốt nóng làm tăng mật độ hạt tải điện trong đó → chất khí dẫn điện III/ Bản chất dòng điện trong chất khí : 1. Sự ion hóa và tác nhân ion hóa : Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm , các electron ngược chiều điện trường . các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra 2.Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí :  Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí chỉ xảy ra khi ta phải dung tác nhân ion hóa từ bên ngoài để tạo ra hạt tải điện trong chất khí  Quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật ôm 3 Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực : Là hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua IV/ Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện tạo ra quá trình dẫn điện tự lực :  Quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì , không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện goi là quá trình dẫn điện ( phóng điện ) tự lực trong chất khí  Có 4 cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí :  Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao , khiến phân tử khí bị ion hóa  Điện trường trong chất khí rất lớn khiến phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ thấp  Ca tốt bị dòng điện nung nóng đỏ , làm cho nó có khả năng phát ra êlectron gọi là phát xạ nhiệt êlectron  Ca tốt không bị nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật êlectron ra khỏi ca tốt làm bật êlectron ra khỏi catốt và trở thành hạt tải điện Hai kiểu phóng điện tự lực thường gặp nhất là hồ quang điện và tia lửa điện V/ Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện : 1.Định nghĩa : ( sgk ) 2. Điều kiện tạo ra tia lửa điện :  Hình thành trong không khí ở điều kiện thường khi điện trường vào khoảng 3. 6 10 /v m  Hiệu điện thế giữa hai điện cực rất lớn 3.Ứng dụng : ( sgk) VI/ Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện : 1. Định nghĩa : (sgk ) 2. Điều kiện tạo ra hồ quang điện : • Để mồi hồ quang điện , cho hai điện cực nóng đỏ để phát xạ một lượng lớn electron • Tạo ra một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực để ion hóa chất khí , và tạo ra tia lửa điện giữa hai cực . Nếu giảm hiệu điện thế thì sự phóng điện tự lực vẫn được duy trì • Sự phóng điện này tạo ra một cung sáng chói như ngọn lửa giữa hai điện cực gọi là hồ quang điện 3.Ứng dụng : ( sgk) DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN( tự soạn ) I/ Thuyết điện li : ( SGK ) Trong dung dịch , các hợp chất hóa học như axít , bazo , muối bị phân li ( một phần hoặc toàn bộ ) thành các nguyên tử ( hoặc nhóm nguyên tử ) tích điện gọi là ion ; ion có thể chuyển động tự do trong dung dịch và trở thành hạt tải điện II/ Bản chất dòng điện trong chất điện phân : ( sgk) Dòng điện trong chất điện phân là dòng iôn dương và ion âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau Chú ý : • Chất điện phân không dẫn điện tốt bằng kim loại • Ion dương chạy về ca tốt nên gọi là cation , ion âm chạy về phía anốt nên gọi là anion • Dòng điện trong chất điện phân không chỉ tải điện lượng mà còn tải cả vật chất đi theo . tới điện cực chỉ có êlectron có thể đi tiếp còn lượng vật chất đọng lại ở điện cực gây ra hiện tượng điện phân , có thể kèm theo phản ứng phụ làm hiện tượng điện phân phức tạp hơn III/ Các hiện tượng xảy ra ở điện cực . Hiện tượng dương cực tan Hiện tượng dương cực tan xảy ra khi các anion ( ion âm ) đi tới anốt kéo theo các các ion kim loại của điện cực vào trong kim loại Bình điện phân dương cực tan suất phản điện bằng không IV/ Các định luật Fa- Ra – Đây : 1. Định luật fa ra đây thứ 1: Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó m = kq k là đương lượng điện hóa của chất được giải phóng ở điện cực 2. Định luật fa ra đây thứ 2: Đương lượng điện hóa k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A/n của nguyên tố đó . hệ số tỉ lệ là 1/F , trong đó F gọi là số Fa – ra – đây Fn A k = F = 96500 C/mol Kết quả : Fn AIt m = m là khối lượng của chất được giải phóng ở điện cực ( g ) V / Ứng dụng của hiện tượng điện phân : 1. Luyện nhôm 2. Mạ điện DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI ( tự soạn ) I/ Bản chất dòng điện trong kim loại : 1. Thuyết electron về tính dẫn điện trong kim loại Trong kim loại , các nguyên tử bị mất các electron trở thành ion dương , chúng liên kết nhau rất trật tự tạo nên mạng tinh thể . Nhiệt độ càng cao , dao động nhiệt càng cao mạng tinh thể càng trở nên mất trật tự Các electron hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành các electron tự do chuyển động hỗn loạn Sự mất trật tự của mạng tinh thể cản trở chuyển động của các electron tự do là nguyên nhân gây ra điện trở của kim loại Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do . Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện tốt 2.Bản chất : Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường II/ Sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại theo nhiệt độ : Khi nhiệt độ tăng , chuyển động nhiệt của các iôn trong mạng tinh thể tăng làm cho điện trở của kim loại tăng . Điện trở suất ρ của kim loại tăng theo nhiệt độ gần đúng theo hàm bậc nhất ρ = ρ 0 ( 1 + α (t – t 0 ) ) ρ 0 : điện trở suất ở nhiệt độ t 0 0 C α là hệ số nhiệt điện trở ( K -1 ) phụ thuộc vào nhiệt độ , độ sạch và chế độ gia công vật liệu đó III/ Điện trở suất của kim loại ở nhiệt độ thấp và hiện tượng siêu dẫn : Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm cho điện trở của kim loại phụ thuộc nhiệt độ . Đến gần 0K , điện trở của kim loại rất nhỏ . Vật liệu ấy đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn khi nhiệt độ T ≤ T C IV/ Hiện tượng nhiệt điện : Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất , hai đầu hàn vào nhau . Khi nhiệt độ hai mối hàn T 1 , T 2 khác nhau , trong mạch có suất điện động nhiệt điện ( ) 21 TT T −= αξ với T α là hệ số nhiệt điện động MẮC NGUỒN THÀNH BỘ( sưu tầm ) I/ Bộ nguồn mắc nối tiếp:  Bộ nguồn mắc nối tiếp: • Cách mắc: các nguồn mắc nối tiếp nhau, cực âm của nguồn này nối với cực dương của nguồn kia • Công dụng: tạo bộ nguồn có suất điện động lớn • Suất điện động bộ nguồn: E b = E 1 + E 2 + … + E n • Điện trở trong của bộ nguồn r b = r 1 + r 2 + … + r n  Các trường hợp riêng: • Nếu bộ nguồn mắc nối tiếp có n nguồn (E,r) giống nhau thì: E b = n.E vàø r b = n.r • Bộ nguồn mắc xung đối: là bộ nguồn mắc nối tiếp mà hai cực cùng dấu nối với nhau, nguồn nào có suất điện động lớn là nguồn phát, nguồn nào có suất điện động nhỏ là máy thu + Suất điện động bộ nguồn: E b = |E 1 - E 2 | + Điện trở trong của bộ nguồn: r b = r 1 + r 2 II/ Bộ nguồn mắc song song:  Các nguồn giống nhau ( E, r) mắc song song có n nhánh: • Công dụng: tạo bộ nguồn có điện trở trong nhỏ, cho mạch ngoài cường độ dòng điện lớn • Suất điện động bộ nguồn bằng suất điện động mỗi nguồn E b = E • Điện trở trong của bộ nguồn: n r r b =  Các nguồn giống nhau ( E, r) mắc song song có m dãy, mỗi dãy có n nguồn nối tiếp: • Suất điện động bộ nguồn: E b = n.E • Điện trở trong của bộ nguồn: m r.n r b = ĐỊNH LUẬT OHM CHO TOÀN MẠCH(sưu tầm ) I/ Đònh luật Ohm cho toàn mạch (mạch kín):  Thiết lập biểu thức: Xét một mạch điện kín gồm nguồn điện (E,r) và điện trở ngoài R Khảo sát trong một khoảng thời gian t: + Công của nguồn điện: A = E.I.t + Nhiệt lượng toả ra trên R và r là: Q = R.I 2 .t + r.I 2 .t Theo đònh luật bảo toàn năng lượng thì: A = Q ⇒ E.I.t = R.I 2 .t + r.I 2 .t ⇒ E = R.I + r.I = I(R + r) (*) Vậy: Suất điện động của nguồn điện trong mạch kín có giá trò bằng tổng các độ giảm thế ở điện trở mạch ngoài và mạch trong  Đònh luật Omh cho mạch kín: • Phát biểu: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và lỉ lệ nghòch với điện trở tổng cộng của mạch • Biểu thức:  Chú ý: • Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn bằng hiệu điện thế hai đầu mạch ngoài. Từ công thức (*) suy ra U = I.R = E - r.I • Trường hợp mạch hở: E = U • Vì điện trở trong của nguồn nhỏ, do đó nếu trường hợp bò đoản mạch (R≈0) thì cường độ dòng điện trong mạch rất lớn sẽ gây nguy hiểm. II/ Trường hợp có máy thu điện: Xét một mạch điện kín gồm nguồn điện (E,r) , máy thu điện (E’,r’) và điện trở ngoài R . Khảo sát trong một khoảng thời gian t: + Công của nguồn điện: A = E.I.t + Nhiệt lượng toả ra trên R và r là: Q = R.I 2 .t + r.I 2 .t + Điện năng tiêu thụ của máy thu điện là: At = r’.I 2 .t + E’ .I.t Theo đònh luật bảo toàn năng lượng thì: A = At + Q ⇒ E.I.t = R.I 2 .t + r.I 2 .t + r’.I 2 .t + E’ .I.t ⇒ E - E’ = (R + r + r’).I ⇒  Chú ý: • Chiều dòng điện luôn đi ra cực dương của nguồn điện • Chiều dòng điện luôn đi vào cực dương của máy thu điện CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA : DÒNG ĐIỆN, NGUỒN ĐIỆN , MÁY THU ĐIỆN ( SƯU TẦM ) I/ Công và công suất của dòng điện ở một đoạn mạch tiêu thụ điện năng:  Công của dòng điện: Công của dòng điện sản ra trên một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện đi qua. A = q.U = U.I.t Với A là công của dòng điện (J)  Công suất của dòng điện: Công suất của dòng điện trong một đoạn mạch là đại lượng đặc trưng cho tốc độ sinh công của dòng điện và được đo bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện trong mạch. t A P = = U.I Với P là công suất (W)  Chú ý: Công và công suất của dòng điện sinh ra trong một đoạn mạch cũng là công và công suất mà đoạn mạch đó tiêu thụ.  Đònh luật Jun -Lenxơ: Nhiệt lượng toả ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện đi qua Q = R.I 2 .t  Chú ý: Khi dòng điện qua vật dẫn làm cho vật dẫn toả nhiệt thì công suất dòng điện là công suất nhiệt t Q P = = R.I 2 II/ Công và công suất của nguồn điện:  Công của nguồn điện: A = E.I.t  Công suất của nguồn điện: P = E.I  Chú ý: Công và công suất của nguồn điện bằng công và công suất của dòng điện sản ra trong toàn mạch III/ Công và công suất của máy thu điện:  Máy thu điện: là thiết bò chuyển hoá năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác nhau. Có hai loại máy thu điện : + Máy thu điện chỉ toả nhiệt (gồm các thiết bò điện chỉ chứa điện trở thuần như bàn ủi điện, bếp điện…) + Máy thu điện biến điện năng thành các dạng năng lượng khác không phải nhiệt năng (như quạt điện , nam châm điện, bình điện phân…)  Công và công suất của máy thu điện chỉ toả nhiệt: Trong máy thu điện chỉ toả nhiệt thì toàn bộ điện năng cung cấp cho máy được chuyển hoá thành nhiệt năng, do đó: • A = U.I.t = R.I 2 .t = t. R U 2 • P = U.I = R.I 2 = R U 2  Công và công suất của máy thu điện biến điện năng thành dạng năng lượng khác không phải nhiệt năng: a/ Suất phản điện của máy thu: là đại lượng đo bằng điện năng A’ mà máy chuyển hoá thành dạng năng lượng khác (không phải nhiệt) khi một đơn vò điện tích dương chuyển qua máy E’ = q A , Với: E’: là suất phản điện của máy thu (V) q:điện lượng chuyển qua máy thu (C ) b/ Công của máy thu: Điện năng A cung cấp cho máy thu được chuyển hoá thành hai dạng năng lượng: + Một phần nhỏ điện năng chuyển hoá thành nhiệt năng Q’ tiêu thụ ở điện trở r’ của máy thu Q’=r’.I 2 .t + Phần lớn điện năng còn lại là A’ chuyển hoá thành dạng năng lượng khác tuỳ theo loại máy thu A’ = E’.q = E’ .I.t Như vậy: A = Q’ + A’ A = r’.I 2 .t + E’ .I.t Chú ý: Công của máy thu trong khoảng thời gian t cũng chính là điện năng tiêu thụ của máy thu trong khoảng thời gian t c/ Công suất của máy thu: P = r’.I 2 + E’ .I Ta có thể viết : P = (E’ + r’.I)I = U.I Với U = E’ + r’.I là hiệu điện thế đặt vào máy thu IV/ Đo công và công suất của dòng điện:  Đo công suất của dòng điện: • Dùng Ampe kế để đo cường độ dòng điện I qua đoạn mạch và Vôn kế để đo hiệu điện thế U hai đầu đoạn mạch, sau đó dùng công thức P = U.I để tính công suất • Trong kỹ thuật người ta dùng Oát kế để đo công suất  Đo công của dòng điện ( điện năng tiêu thụ): dùng máy đếm điện năng (công tơ điện). Đơn vò đo điện năng tiêu thụ là kW.h, với 1kW.h = 3.600.000(J)  Chú ý: Trên các máy thu điện người ta thường ghi hai chỉ số: công suất đònh mức của máy thu điện Pđ và hiệu điện thế đònh mức hai đầu máy thu . Khi máy thu hoạt động bình thường thì cường độ dòng điện đònh mức là đ đ đ U P I = . điện và dung để lắp bộ khuếch đại và các khóa điện tử DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG( tự soạn ) I / Cách tạo ra dòng điện trong chân không : 1. Bản chất dòng. dung trong đèn hình , ống phóng điện tử , để đốt nóng các vật trong chân không , … DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ( tự soạn ) I/ Chất khí là môi trường cách điện