VẬT LÝ 11: Dòng điện trong kl

 Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể làm cản trở chuyển động của các electron tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ gần giá trị 0 K thì điện trở của kim loại s[r]

DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

DÒNG ĐIỆN TRONG KIM

LOẠI

DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT

BÁN DẪN

DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT

ĐIỆN PHÂN

DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN

KHÔNG

BÀI 13

BÀI 15

BÀI 17

BÀI 14

I

II

III

IV

B

ả

n ch

ấ

t dòng đi

ệ

n

trong kim lo

ạ

i

S

ự

ph

ụ

thu

ộ

c c

ủ

a đi

ệ

n

tr

ở

su

ấ

t theo nhi

ệ

t đ

ộ

Đi

ệ

n tr

ở

c

ủ

a KL

ở

nhi

ệ

t

đ

ộ

th

ấ

p – Siêu d

ẫ

n

Hi

ệ

n t

ượ

ng nhi

ệ

t đi

ệ

n –

Că

̣

p nhiê

̣

t điê

̣

n

BA

̀

I 13

DÒNG ĐI

Ệ

N

Dòng điện dòng chuyển dời có hướng hạt

mang điện tích

Dịng điện

trong kim loại

Các hạt mang

điện tích ?

Chuyển động

có hướng?

Dịng

điện

gì?

Electron tự

Electron nguyên tử

Nguyên tử nút mạng tinh thể

Nhân

Ion dương

Electron tự

Trong kim loại, nguyên tử bị electron hóa trị trở thành ion dương

1 Thuyết electron tính dẫn điện kim loại

I Bản chất dòng điện kim loại

Trong kim loại, nguyên tử bị electron hóa trị trở thành ion dương

1 Thuyết electron tính dẫn điện kim loại

I Bản chất dòng điện kim loại



+

+

+

+

+

+

+

+

+

Dao động nhiệt các ion, tạp chất,

biến dạng có thể phá hủy trật tự

Nhiệt độ cao tinh thể càng trật tự

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Các êlectron hoá trị tách khỏi nguyên tử, trở thành

êlectron tự với mật độ n không đổi chuyển động hỗn loạn tạo thành khí êlectron chốn tồn thể tích kim loại

Các electron khỏi nguyên tử chuyển động nào?

Electron tự do

Chuyển động tự toàn khối

kim loại

Chuyển động tự như phân tử khí chuyển động

một bình Khí

Electron tự do

I Bản chất dòng điện kim loại

1 Thuyết electron tính dẫn điện kim loại

Mơ hình sợi dây đồng Electron tự bên

I Bản chất dòng điện kim loại

I Bản chất dòng điện kim loại

E

E

I

I Bản chất dòng điện kim loại

Điện trường làm êlectron chuyển động

ngược chiều điện trường, tạo thành dòng điện

I Bản chất dòng điện kim loại

1 Thuyết electron tính dẫn điện kim loại

-

-

-

-

-

+

- Sự trật tự mạng tinh thể ( dao động nhiệt ion, méo mạng tinh thể biến dạng cơ, nguyên tử lạ lẫn kim loại) cản trở chuyển động electron tự do, nguyên nhân gây điện trở kim loại.

+

+

+

+

+

+

+

I Bản chất dòng điện kim loại

I Bản chất dòng điện kim loại

Hạt tải điện kim loại

- Hạt tải điện kim loại

electron tự do

Mật

độ chúng cao nên kim loại

dẫn điện tốt.

Bản chất dòng điện kim loại

Dòng điện kim loại dòng chuyển dời có

hướng

electron tự

dưới tác dụng

điện trường.

I Bản chất dòng điện kim loại

2 Bản chất dòng điện kim loại



+ +

E

+ + + + + + + + + + + + + + + + + +

Nhiệt độ Điện trở

Khi nhiệt độ tăng, chuyển động nhiệt ion mạng tinh thể tăng làm cho điện trở kim loại tăng

ρ=ρ

0

[1+α(t-t

0

)]

α : hệ số nhiệt điện trở (K

-1

)

ρ

0

: điện trở suất kim loại t

0

(

0

C)

ρ

: điện trở suất kim loại t(

0

C)

Trong đó:

Sự biến thiên điện trở suất của đồng theo nhiệt độ

Hệ số nhiệt điện trở α phụ thuộc:

+ Bản chất kim loại + Nhiệt độ

+ Độ kim loại + Chế độ gia công vật liệu

II Sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo nhiệt độ

Điện trở suất kim loại tăng theo nhiệt độ gần theo hàm bậc

Kim loại

Bạc

Bạch kim

Đồng

Nhôm

Sắt

Silic

Vonfram

0( m)

 



(K )

1

1,62.10

 10,6.10

1,69.10



2,75.10

 -8

9,68.10

5,25.10



4,1.10



3,9.10



4,3.10



4,4.10



6,5.10



70.10





4,5.10



Bảng điện trở suất hệ số nhiệt điện trở số kim loại 200 C

0,25.10

4

Kim loại

Bạc

Bạch kim

Đồng

Nhôm

Sắt

Silic

Vonfram

0( m)

 



(K )

1

1,62.10

 10,6.10

1,69.10



2,75.10

 -8

9,68.10

5,25.10



4,1.10



3,9.10



4,3.10



4,4.10



6,5.10



70.10





4,5.10



Bảng điện trở suất hệ số nhiệt điện trở số kim loại 200 C

0,25.10

4

Ở 200C điện trở suất bạc 1,62.10-8 Biết hệ số

nhiệt điện trở bạc 4,1.10-3 K-1 Ở 570C điện trở suất

của bạc

m



A 3,679.10-8

B 3,812.10-8

C 1,866.10-8

D 4,151.10-8

Vận dụng

m





m

m



m



III Điện trở kim loại nhiệt độ thấp tượng siêu dẫn

Khi nhiệt độ giảm điện trở suất kim loại giảm liên tục, đến gần 0K điện trở kim loại sạch bé

R( )



T( K )

4

2

0

0,08

0,16

6

0K 2K

4K 8K

6K

Temp

Điện trở cột thủy ngân phụ thuộc vào nhiệt độ

0

Siêu dẫn tượng điện trở suất số vật liệu đột ngột giảm xuống nhiệt độ vật liệu giảm xuống thấp giá trị Tc định Giá trị này phụ thuộc vào thân vật liệu.

• Hiện tượng xảy ta hạ thấp nhiệt độ một số vật liệu thấp giới hạn Tc ?

Điện trở đột ngột

giảm tới 0=> Siêu dẫn

III Điện trở kim loại nhiệt độ thấp tượng siêu dẫn

R( )



Giá trị TC(K) số vật liệu

Vật liệu TC(K) Thủy ngân 4,15

Kẽm 0,85

Nhơm 1,19

Chì 7,19 Nb3Sn 18 Nb3Al 18,7 HgBa2Ca2Cu3O8 134

Khi vật dẫn trạng thái siêu dẫn, điện trở khơng Dịng điện chạy qua vịng dây siêu dẫn khơng tiêu hao

lượng nên trì lâu sau bỏ nguồn điện

Hiện tượng siêu dẫn ứng dụng để tạo nam châm

điện có từ trường mạnh tương lai dùng để tải điện mà khơng hao phí điện

Nam châm siêu dẫn lớn nhất giới

Dây siêu dẫn nhiệt độ cao hệ (2G) có chiều rộng 4cm (công ty American Superconductor sản xuất).

Ứng dụng thành công lớn chất siêu dẫn hệ thống giao thông, cụ thể tàu có thể “lướt” nam châm siêu dẫn Vào tháng 12 năm 2003,

tàu Yamanashi MLX01 đã thử nghiệm với vận tốc 581km/giờ

Thiếu e nên nhiễm

điện dương

T1 T2

Thừa e nên

nhiễm điện âm

ứng dụng tượng người ta làm cặp nhiệt điện

Hiệu ứng Deebeck: Nếu sợi dây kim loại có đầu nóng đầu lạnh thì êlectron tự đầu nóng dồn về đầu lạnh

H2O

o

o mA

t

1

t

2

Cu Cu

constantan

Khi t1= t2 Kim không lệch Khi t1 ≠ t2 → kim bị lệch

Cặp nhiệt điện cặp dây dẫn có chất khác hai đầu chúng hàn với

IV Hiện tượng nhiệt điện

Biểu thức :

ξ

=

α

T

|(T

1

- T

2

)|

Khi

nhiệt độ hai mối hàn chênh lệch

thì mạch xuất suất điện động ξ,

gọi suất điện động nhiệt điện

T

1

–T

2

hiệu nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh

α

T

hệ số

nhiệt điện động

phụ thuộc vào vật

liệu làm cặp nhiệt điện Đơn vị:

µV/K

IV Hiện tượng nhiệt điện

Một số giá trị hệ số nhiệt điện động T với số cặp kim loại :

Cặp kim loại



T

(



V/K)

Platin – Platin pharôđi

6,5

Sắt – Đồng

8,6

Sắt – Niken

32,4

Đồng – Constantan

40

Sắt - Constantan

50,4

Ứng dụng:

*

Dùng phổ biến để đo nhiệt độ

:

+ Khi đo hiệu điện điểm tiếp xúc có

thể xác định nhiệt độ mối hàn

+ Cặp nhiệt điện cho phép đo nhiệt độ

khoảng rộng, với độ xác cao

Cặp nhiệt điện

dùng nhiệt kế

điện tử đo

nhiệt độ cao với độ

chính xác lớn

IV Hiện tượng nhiệt điện

Ứng dụng:

KIẾN THỨC CẦN NHỚ

Hạt tải điện kim loại electron tự

Dòng điện kim loại dịng chuyển dời có hướng electron tự tác dụng điện trường

Chuyển động nhiệt mạng tinh thể làm cản trở chuyển động electron tự do, làm điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ gần giá trị K điện trở kim loại nhỏ

Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến nhiệt độ nhỏ hơn (hoặc bằng) nhiệt độ tới hạn TC

Một cặp nhiệt điện sắt- đồng có suất điện động nhiệt

172V Biết nhiệt độ đầu nóng 500C Tính nhiệt độ đầu

lạnh

A 400C

B 200C

C 300 C

D 100C

Vận dụng

Ứng dụng:

Dùng làm nguồn điện

Gần kỷ trước, nhà vật lý học người Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes gây bất ngờ giới khoa học ông phát hiện ông làm lạnh số kim loại đến nhiệt độ cực thấp dịng điện chạy qua chất mà khơng tổn hao tí lượng

Heike K Onnes (giải Nobel Vật lý 1913)