7. Cấu trúc luận văn
2.3.2. Bài học 37 Dòng nhiệt điện
* Phát hiện vấn đề:
- Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hớng của các electron tự do khi có điện trờng trong kim loại.
- Thông thờng để tạo ra dòng điện trong một môi trờng nào đó thì phải đặt vào trong nó một điện trờng, nhng cũng có thể vẫn tạo ra đợc dòng điện mà không cần phải điều đó, đó là dòng điện xuất hiện trong mạch kín gồm hai vật dẫn khác nhau đợc hàn kín với nhau và giữ cho nhiệt độ hai đầu mối hàn chênh lệch nhau. (?) vấn đề cần nghiên cứu là: nguyên nhân gây ra dòng điện, ứng dụng của cặp nhiệt điện.
* Giải quyết vấn đề và kết quả:
- Cặp nhiệt điện (pin nhiệt điện) và dòng nhiệt điện: suất nhiệt điện động gây ra dòng nhiệt điện (khi hai KL khác nhau đợc hàn thành mạch kín và giữ hai mối hàn ở hai nhiệt độ khác nhau).
- Suất nhiệt điện động: do mật độ electron tự do khác nhau trong các KL khác nhau, các electron tự do khuyếch tán qua mặt tiếp xúc giữa hai KL nên ở mặt tiếp xúc của hai KL khác nhau (khi đợc hàn với nhau) có một suất điện động.
- ứng dụng của cặp nhiệt điện: tạo ra nhiệt điện kế (để đo nhiệt độ).
* Tổng kết bài học
- Dòng nhiệt điện là gì? Suất nhiệt điện động phụ thuộc vào những yếu tố nào? - Giải thích sự xuất hiện suất nhiệt điện động trên cơ sở thuyết điện tử?
2.3.2.2. Bài học thiết kế.
2.3.2.2.1. Mục tiêu dạy học. a. Về kiến thức.
+ Học sinh biết đợc mô hình chung về dòng điện trong các môi trờng dẫn điện khác nhau.
+ Trình bày đợc cơ chế của hiện tợng dẫn điện của môi trờng dẫn điện đồng nhất và môi trờng dẫn điện không đồng nhất.
+ Giải thích đợc sự hình thành suất nhiệt điện động.
b. Về kỹ năng
+ Học sinh tham gia đề xuất mô hình về dòng điện trong các môi trờng dẫn điện khác nhau.
+ Đề xuất về mô hình chuyển động của hạt tải điện trong môi trờng dẫn điện. + Biết giải thích sự tạo thành dòng điện trong cặp nhiệt điện.
+ Học sinh biết dự đoán suất điện động của cặp nhiệt điện phụ thuộc độ chênh lệch nhiệt độ, phụ thuộc bản chất của hai vật dẫn; đề xuất phơng án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán trên.
2.3.2.2.2. Công tác chuẩn bị. a. Giáo viên.
- Tranh vẽ sơ đồ thí nghiệm khảo sát sự xuất hiện dòng nhiệt điện. - Bộ thí nghiệm khảo sát sự xuất hiện dòng nhiệt điện.
b. Học sinh : Ôn lại kiến thức về: điều kiện để có dòng điện, bản chất dòng điện trong kim loại…
2.3.2.2.3. Tiến trình dạy học.
* Tình huống 1: Ôn tập, củng cố trình độ kiến thức xuất phát (5 phút)
Bản chất dòng điện trong kim loại là gì? Giải thích nguyên nhân gây ra điện trở của dây dẫn kim loại và hiện tợng toả nhiệt của dây dẫn kim loại, sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ?
* Tình huống 2: Đề xuất vấn đề cần nghiên cứu (5phút)
- Giáo viên tổng kết lại trả lời của học sinh.
- Thông thờng ta đều biết để tạo ra dòng điện trong một môi trờng nào đó, ta phải đặt nó vào trong điện trờng.
- Liệu có trờng hợp nào không có tác dụng của điện trờng ngoài mà vật dẫn có dòng điện không? Côngxtantan Đồng A B
Để giải quyết vấn đề này ta nghiên cứu bài hôm nay.
* Tình huống 3: Nghiên cứu sự xuất hiện suất nhiệt điện động (15 phút) Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
Tiến hành làm thí nghiệm với mục đích khảo sát sự xuất hiện dòng nhiệt điện. Trớc hết cho hai dây dẫn kim loại khác nhau tiếp xúc nhau ở hai đầu thành một mạch kín. Yêu cầu học sinh quan sát thí nghiệm, trả lời các câu hỏi sau:
- Khi nhiệt độ hai đầu mối hàn bằng nhau thì trong mạch có xuất hiện dòng điện không?
- Khi nhiệt độ hai đầu mối hàn bắt đầu chênh lệch nhau thì trong mạch có xuất hiện dòng điện không?
- Dòng nhiệt điện xuất hiện khi nào? Điều đó đã giải quyết đợc phần nào vấn đề chúng ta đặt ra không? Khi đó mạch điện tơng đơng với một cơ cấu nào?
- Suất điện động xuất hiện trong mạch kín đợc tạo bởi hai vật dẫn có bản chất khác nhau và giữa cho nhiệt độ của hai mối tiếp xúc khác nhau có thể phụ thuộc những yếu tố nào? Hãy thiết lập các phơng án thí nghiệm để kiểm tra các dự đoán trên?
+ Hy vọng rằng HS có thể dự đoán suất điện động trong mạch phụ thuộc vào các yếu tố: Độ chênh lệch nhiệt độ của hai mối tiếp xúc, bản chất của hai vật dẫn kim loại; và đề xuất đợc các
1. Cặp nhiệt điện Suất nhiệt điện động.
- Cấu tạo : Hai thanh kim loại khác bản chất hàn với nhau, hai mối hàn giữ ở nhiệt độ khác nhau
- Dòng điện tạo bởi cặp nhiệt điện (Pin nhiệt điện) gọi là dòng nhiệt điện
- Suất điện động gây ra dòng nhiệt điện gọi là suất nhiệt điện động
- Độ lớn suất nhiệt điện động phụ thuộc bản chất hai kim
phơng án thí nghiệm:
Dùng một mạch điện với 2 vật dẫn nhất định, đo suất điện động tơng ứng với từng độ chênh lệch nhiệt độ của hai mối tiếp xúc.
Sau đó, giữ nguyên nhiệt độ giữa hai mối tiếp xúc, đo suất điện động của các mạch kín đợc làm bằng các vật dẫn khác nhau.
- Giáo viên thông báo: các thí nghiệm đo chính xác thấy rằng: Mạch kín đợc cấu tạo gồm 2 vật dẫn khác nhau và giữ cho nhiệt độ giữa hai mối tiếp xúc khác nhau gọi là cặp nhiệt điện, suất điện động của cặp nhiệt điện tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ của hai mối tiếp xúc.
Mỗi cặp nhiệt điện ứng với một độ chênh lệch nhiệt độ nhất định giữa hai mối hàn sẽ có một suất điện động riêng đặc trng cho nó.
- Vì sao suất nhiệt điện động trong mạch lại phụ thuộc vào bản chất của hai vật dẫn và hiệu nhiệt độ hai đầu mối hàn? Để giải quyết vấn đề này ta chuyển sang mục 2.
loại tạo nên cặp nhiệt điện và sự chênh lệch nhiệt độ ở hai mối hàn
* Tình huống 4: Giải thích sự xuất hiện suất nhiệt điện động (10 phút) Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Bây giờ ta xét hai thanh kim loại có bản chất khác nhau A và B hàn với nhau ở một đầu. Bằng thuyết điện tử, em hãy cho biết tại sao chỗ tiếp xúc lại xuất hiện một điện trờng?
Hy vọng rằng bằng gợi ý trong câu hỏi đó HS có
2. Giải thích sự xuất hiện suất nhiệt điện động
Xét hai kim loại A, B khác nhau tiếp xúc
thể giải thích đợc:
+ Do chuyển động nhiệt, electron tự do từ thanh kim loại nọ khuyếch tán sang thanh kim loại kia, chẳng hạn mật độ electron ở A lớn hơn ở B nên electron khuyếch tán từ A sang B lớn hơn dòng electron khuyếch tán ngợc lại từ B sang A. Kết quả: thanh kim loại B tích điện âm, còn thanh kim loại A tích điện dơng và tại chỗ tiếp xúc xuất hiện một điện trờng hớng từ A sang B
- Điện trờng này có tác dụng nh thế nào đối với sự khuyếch tán electron từ A sang B?
+ Vì electron mang điện tích âm, do đó lực điện trờng có hớng từ B sang A ngăn cản sự khuyếch tán electron tự do từ A sang B.
+ Điện trờng này tăng dần lên, khi điện trờng đạt đến một giá trị xác định thì số electron khuyếch tán từ A sang B bằng số electron khuyếch tán từ B sang A. Khi đó giữa hai thanh kim loại xuất hiện một hiệu điện thế xác định gọi là hiệu điện thế tiếp xúc.
- Hiệu điện thế tiếp xúc đó phụ thuộc vào những yếu tố nào? vì sao?
+ Hiệu điện thế tiếp xúc đó phụ thuộc vào bản chất của kim loại và nhiệt độ chỗ tiếp xúc. Vì: sự khuyếch tán electron phụ thuộc vào mật độ electron và bản chất của hai kim loại.
- Nếu nối hai đầu còn lại của 2 thanh A và B nB
- Khi đó Êlectron khuếch tán từ A→B lớn hơn từ B→A ⇒ A mang điện tích (+) và B mang điện tích (-) ⇒ tại chỗ tiếp xúc xuất hiện điện trờng hớng từ A→B
- Điện trờng tăng dần ngăn cản sự khuếch tán của electron từ A→B
- Khi số electron khuếch tán về hai bên bằng nhau thì xuất hiện hiệu điện thế xác định giữa hai thanh kim loại gọi là hiệu điện thế tiếp xúc (Phụ thuộc vào bản chất hai kim loại và nhiệt độ tiếp xúc)
- Cho hai đầu còn lại của hai kim loại tiếp xúc thành mạch kín, khi nhiệt độ hai chỗ tiếp xúc bằng nhau thì hiệu điện thế tiếp xúc ở hai mối hàn có trị số bằng nhau nhng trái dấu. Nếu nhiệt độ khác nhau thì mạch xuất hiện Suất diện động có trị số bằng hiệu hai hiệu điện thế tiếp xúc
thành mạch kín, thì tại sao khi nhiệt độ hai đầu mối hàn chênh lệch nhau trong mạch mới có dòng điện; khi đó suất điện động trong mạch xác định nh thế nào?
+ Khi nhiệt độ hai đầu mối hàn bằng nhau, hiệu điện thế hai chỗ tiếp xúc bằng nhau về giá trị nh- ng trái dấu, do đó suất điện động trong mạch lúc này bằng không. Khi nhiệt độ hai đầu mối hàn khác nhau, hiệu điện thế hai chỗ tiếp xúc khác nhau, do đó suất điện động trong mạch lúc này bằng hiệu số hai hiệu điện thế tiếp xúc đó.
* Tình huống 5: Đề xuất các ứng dụng của cặp nhiệt điện (5 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
- Gv đặt vấn đề: Nh vậy ở trên chúng ta đã tạo ra đợc cặp nhiệt điện, biết đợc suất nhiệt điện động phụ thuộc vào những yếu tố nào, qua đó các em hãy đề xuất các phơng án có thể để ứng dụng cặp nhiệt điện này? vì sao lại có các ứng dụng đó? - Gv có thể bổ sung: trong thực tế các cặp nhiệt điện làm bằng kim loại có suất điện động nhỏ nên thờng dùng để đo nhiệt độ, các cặp nhiệt điện bằng bán dẫn có suất điện động lớn đợc dùng làm máy phát điện.
3. ứng dụng
- Dùng làm nguồn điện.
- Dùng làm nhiệt kế: thang đo rộng, chính xác cao
* Tình huống 6: Củng cố kiến thức giao nhiệm vụ về nhà (5 phút)
Hoạt động hợp tác giữa giáo viên và học sinh Nội dung bài học
điện trong môi trờng kim loại là electron; chuyển động nhiệt của hạt tải điện có thể tạo ra dòng điện đợc không?... Điện dẫn suất của kim loại phụ thuộc vào mật độ, độ linh động của hạt tải điện và thay đổi theo điều kiện bên ngoài.
- Để khẳng định đợc mô hình chung về dòng điện trong các môi trờng ta phải tiếp tục nghiên cứu các bài sau.