Vị trí: Nằm sau chương “Dịng điện khơng đổi” và trước chương “Từ trường”. Khối lượng 16 tiết ,chiếm tỷ lệ 18,4% khối lượng chương trình vật lý 11 THPT chương trình nâng cao.
Đặc điểm:
+ Dịng điện trong kim loại.
Kim loại ở thể rắn cĩ cấu trúc tinh thể. Trong kim loại các nguyên tử bị mất êlectron hĩa trị trở thành các ion dương, các ion dương sắp xếp một cách tuần hồn trật tự tạo nên mang tinh thể. Khi đĩ các êlectron tự tách khỏi nguyên tử chuyển động hỗn loạn trong mạng tinh thể trở thành các êlectron tự do. Khi cĩ tác dụng của điện trường ngồi thì các êlectron chuyển động thành dịng tạo ra dịng điện trong kim loại.
+ Dịng điện trong chất điện phân.
Khi muối, axit, bazơ hịa tan vào nước tách ra thành các ion trái dấu. Chuyển động nhiệt làm cho một phần các chất đĩ phân li thành ion dương và âm, các ion này chuyển động
nhiệt hỗn loạn, một số ion dương kết hợp lại với ion âm khi va chạm trở thành phân tử trung hịa. Vậy số lượng phân li khơng đổi số cặp ion tăng lên. Khi cĩ điện trường ngồi thì các ion chuyển động tạo nên dịng điện trong chất điện phân.
+ Dịng điện trong chân khơng.
Khi Catốt K bị đốt nĩng, các êlectron trong kim loại nhận năng lượng cần thiết để bật ra khỏi bề mặt catốt chuyển động tự do trong ống. Khi mắc anốt vào cực dương và catốt vào cực âm của nguồn điện, do tác dụng của lực điện trường làm các êlectron chuyển động từ catốt sang anốt tạo ra dịng điện trong chân khơng.
+ Dịng điện trong chất khí.
Khi chất khí bị ion hĩa thì một số nguyên tử hoặc phân tử khí mất bớt êlectron và trở thành ion dương. Trong số đĩ cĩ một số chuyển động tự do, một số khác kết hợp với nguyên tử hay phân tử trung hịa tạo thành ion âm. Nếu tác nhân ion hĩa khơng đổi thì mật độ ion và êlectron tự do được tạo xác định. Vậy đặt một hiệu điện thế vào khối khí đã bị ion hĩa thì các êlectron và ion chuyển động và tạo thành dịng điện.
+ Dịng điện trong chất bán dẫn. Ta xét bán dẫn điển hình Si
- Si cĩ hĩa trị 4, trong tinh thể mỗi nguyên tử Si liên kết với 4 nguyên tử lân cận vậy xung quanh mỗi nguyên tử Si cĩ 8 êlectron lấp đầy. Do đĩ liên kết giữa các nguyên tử trong Si rất bên vững.
- Ở nhiệt độ thấp, trong mạng tinh thể các êlectron hĩa trị gắn bĩ chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng. Nên trong tinh thể khơng cĩ hạt tải điện tự do, bán dẫn khơng dẫn điện.
- Muốn cĩ hạt tải điện tự do trong mạng tinh thể cần phải cung cấp cho các êlectron dưới dạng nhiệt năng khi đĩ các êlectron dao động nhiệt mạnh hơn và tách ra khỏi liên kết trở thành các êlectron tự do.
- Khi êlectron bứt ra khỏi liên kết, thì xuất hiện một liên kết bị trống. Người ta gọi là lỗ trống mang một điện tích nguyên tố dương. Vì liên kết thiếu êlectron nên một êlectron ở gần đĩ chuyển đến lấp đầy liên kết bị trống và tạo thành lỗ trống ở vị trí khác, tức là lỗ trống cũng cĩ thể dịch chuyển trong tinh thể. Vậy ở nhiệt độ cao cĩ sự phát sinh ra các cặp êlectron- lỗ trống. Bên cạnh đĩ luơn xảy ra quá trình tái hợp êlectron- lỗ trống trong đĩ các êlectron tự do tự chiếm mối liên kết bị trống và trở lại êlectron liên kết. Quá trình này đồng thời mất đi một êlectron tự do và một lỗ trống. Ở nhiệt độ xác định, cĩ sự cân bằng giữa quá trình phát sinh và quá trình tái hợp.
- Khi cĩ điện trường đặt vào êlectron chuyển động ngược chiều điện trường, lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường gây nên dịng điện trong chất bán dẫn.
Vậy qua đặc điểm của chương “Dịng điện trong các mơi trường” vật lý 11 THPT chương trình nâng cao tơi thấy tính trừu tượng của chương cao, HS khĩ nhận thức nếu khơng cĩ các phương tiện trực quan hiện đại hỗ trợ.