- Với một sợi dây dẫn kim loại có một đầu nóng và một đầu lạnh, thì chuyển động nhiệt của êlectron sẽ làm cho một số êlectron ở đầu nóng dồn về đầu lạnh. Khi đó đầu nóng tích điện dương,[r]
(1)Giải tập trang 78 SGK Vật lý lớp 11: Dịng điện kim loại I Tóm tắt kiến thức bản: Dòng điện kim loại
1 Bản chất dòng điện kim loại
- Trong kim loại, nguyên tử bị êlectron hoá bị trở thành ion dương Các ion dương liên kết với cách trật tự tạo nên mạng tinh thể kim loại Chuyển động nhiệt ion mạnh, mạng tinh thể trở nên trật tự
- Các êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành êlectron tự với mật độ n không đổi (n = số) Chúng chuyển động hỗn loạn tạo thành khí êlectron tự hốn tồn thể tích khối kim loại khơng sinh dịng điện
- Điện trường nguồn điện ngồi sinh ra, đẩy khí êlectron trơi ngược chiều điện trường, tạo dòng điện
- Sự trật tự mạng tinh thể cản trở chuyển động êlectron tự do, nguyên nhân gây điện trở kim loại Các loại trật tự thường gặp chuyển động nhiệt ion mạng tinh thể, méo mạng tinh thể biến dạng học nguyên tử lạ lẫn kim loại Điện trở kim loại nhạy cảm với yểu tố
- Thuyết êlectron tính dẫn điện kim loại cho thấy hạt tải điện kim loại êlectron tự Mật độ chúng cao nên kim loại dẫn điện tốt Nhiều tính chất khác dịng điện kim loại suy từ thuyết
=> Vậy, dòng điện kim loại chuyển dời có hướng êlectron tự tác dụng điện trường
2 Sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo nhiệt độ
Thí nghiệm chứng tỏ điện trở suất p kim loại tăng theo nhiệt độ gần theo hàm bậc nhất: p = p0 [1 + α(t – t0 )] p0 điện trở suất t0C (thường lấy 200C); α hệ số nhiệt điện trở, đơn vị đo K-1
3 Điện trở kim loại nhiệt độ thấp
(2)- Khi hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ tới hạn Tc điện trở suất số chất đột ngột giảm xuống Ta nói vật liệu chuyển sang trạng thái siêu dẫn Giá trị Tc phụ thuộc vào chất khác
4 Hiện tượng nhiệt điện
- Thuyết êlectron tính dẫn điện kim loại cho thấy, sợi dây kim loại có đầu nóng đầu lạnh, chuyển động nhiệt êlectron làm cho phần êlectron tự đầu nóng dồn đầu lạnh Đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm
- Giữa đầu nóng đầu lạnh có hiệu điện Nếu lấy hai dây kim loại khác loại hàn hai đầu với nhau, mối hàn nhiệt độ cao, mối hàn nhiệt độ thấp, hiệu điện đầu nóng đầu lạnh dây khơng giống nhau, khiến mạch có suất điện động ξ ξ gọi suất điện động nhiệt điện, hai dây dẫn hàn hai đầu với gọi cặp nhiệt điện:
ξ = αt(T1 – T2)
Trong T1 – T2 hiệu nhiệt điện đầu nóng đầu lạnh, αt hệ số nhiệt điện động, phụ thuộc vào chất hai laoị vật liệu dùng làm cặp nhiệt điện,
- Suất điện động nhiệt điện nhỏ ổn định theo thời gian điều kiện thí nghiệm, nên cặp nhiệt điện dùng phổ biến để đo nhiệt độ
II Giải tập trang 78 SGK Vật lý lớp 11
Bài Hạt tải điện kim loại loại êlectron nào? Mật độ chúng vào cỡ nào? Giải: Hạt tải điện kim loại loại êlectron tự do, iơn hóa trị tách
khỏi ngun tử
Bài Vì điện trở kim loại tăng nhiệt độ tăng?
Giải: Điện trở kim loại tăng nhiệt độ tăng nhiệt độ tăng lên độ trật
tự mạng tinh thê tăng độ linh động êlectron tự bị cản trở nhiều
Bài Điện trở kim loại thường siêu dẫn khác nào?
Giải: Điện trở kim loại thường có giá trị xác định thay đổi theo nhiệt độ, cịn
đối với kim loại siêu dẫn, điện trở khơng
(3)Giải: Cặp nhiệt điện có suất diện động do:
- Với sợi dây dẫn kim loại có đầu nóng đầu lạnh, chuyển động nhiệt êlectron làm cho số êlectron đầu nóng dồn đầu lạnh Khi đầu nóng tích điện dương, đầu lạnh tích điện âm Giữa đầu nóng đầu lạnh có hiệu điện - Khi dùng hai dây dần kim loại khác hàn hai đầu với nhau, mối hàn giữ nhiệt độ cao, mối hàn nhiệt độ thấp hiệu điện đầu nóng đầu lạnh dây sè khác nhau, khiến cho mạch có suất điện động gọi suất điện động nhiệt điện
Bài Các kim loại đều:
A Dẫn điện tốt, có điện trở suất không thay đổi
B Dần điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ
C Dẫn điện tốt nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ D Dẫn điện tơt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ giông
Giải: Chọn câu B
Bài Hạt tải điện kim loại là:
A Các électron nguyên tử
B Electron lớp nguyên tử
C Các électron hóa trị bay tự khỏi tinh thể
D Các électron hóa trị chuyển động tự mạng tinh thể
Giải: Chọn câu D.
Bài Một bóng đèn 220V - 100W sáng bình thường nhiệt độ dây tóc bóng
đèn 20000C Xác định điện trở đèn thắp sáng không thắp sáng Biết rằng
nhiệt độ môi trường 200C dây tóc bóng đèn làm vơnfram Giải: Điện trở bóng đèn sáng bình thường (20000C):
R = U2/P = 2202/100 = 484 Ώ
Từ công thức: R = R0 [1 + α(t – t0 )] ta suy điện trở bóng đèn nhiệt độ mơi trường 200C: R0 = R/[1 + α(t – t0 )] = 484/[1 + 4,5.10-3(2000 - 20)] = 48,4 Ώ
Bài Khôi lượng mol nguyên tử đồng 64.10-3 kg/mol Khôi lượng riêng đồng
(4)a) Tính mật độ êlectron tự đồng
b) Một dây tải điện đồng dài lkm, tiết diện 10mm2, mang dịng điện 10A Tính tốc độ
trơi êlectron dây dẫn
Giải:
a) Mật độ êlectron tự đồng:
n = NA [D/A] = 6,023.1023 [8,9.103/64.10-3] = 8,375.1028/m3
b) Điện trở dây dẫn: R = p.[l/S] = 1,69 Ώ Hiệu điện hai đầu dây dẫn: U = IR = 16,9 V Cường độ điện trường dây dẫn: E = U/l = 1,69.10-2 V/m Vận tốc trôi của dây dẫn: V1 = unE = 4,37.10-3 1,69.10-2 = 7,28.10-5 m/s
Bài Để mắc đường dây tải điện từ điểm A đến địa điểm B, ta cần 1000 kg dây đồng.
Muốn thay dây đồng dây nhôm mà đảm bảo chất lượng truyền điện, phải dùng kg nhôm? Cho biết khối lượng riêng đồng 900 kg/m3, nhôm
là 2700 kg/m3 Giải:
Để đảm bảo chất lượng truyền điện điện trở dây nhơm dây đồng phải có giá trị với chiều dài Điện trở dây đồng nhôm: R1 = p1.[l/S1]; R2 = p2.[l/S2] R1 = R2 => p1/S1 = p2/S2 => S2/S1 = p2/p1
Khối lượng dây đồng nhôm:
m1 = D1.S1; m2 = D2.S2.l => m2 = D2/D1 S2/S1 m1 = D2/D1 p2/p1 m1 Thay số vào ta có: m2 = 2700/8900 2,75.10-8/1,69.10-8 100 = 493,6 kg
Vậy muốn thay dây đồng dây nhôm mà đảm bảo chất lượng truyền điện, cần phải dùng 493,6kg dây nhôm